Onderzoekers in Japan en Nederland ontwikkelden samen een originele radio-ontvanger DESHIMA (Deep Spectroscopic High-redshift Mapper) en verkregen er met succes de eerste spectra en beelden mee. De combinatie van het vermogen om een ​​breed frequentiebereik van kosmische radiogolven te detecteren en ze te verspreiden in verschillende frequenties, DESHIMA demonstreerde zijn unieke vermogen om de afstanden tot de meest afgelegen objecten efficiënt te meten en om de distributies van verschillende moleculen in nabijgelegen kosmische wolken in kaart te brengen.

"Deshima" (of, Dejima) was een Nederlandse handelspost in Japan gebouwd in het midden van de 17e eeuw. Al 200 jaar, Deshima was het kostbare venster van Japan op de wereld. Nutsvoorzieningen, de twee bevriende naties openen een nieuw venster naar een nieuwe wereld, het uitgestrekte heelal, met innovatieve nanotechnologie.

"DESHIMA is een volledig nieuw type astronomisch instrument waarmee een 3D-kaart van het vroege heelal kan worden geconstrueerd, " zei Akira Endo, onderzoeker aan de TU Delft en leider van het DESHIMA-project.

Het unieke van DESHIMA is dat het het brede frequentiebereik van radiogolven in verschillende frequenties kan verspreiden. DESHIMA's momentane frequentiebreedte (332-377 GHz) is meer dan vijf keer breder dan die van de ontvangers die worden gebruikt in de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

Het verspreiden van de kosmische radiogolven in verschillende frequenties, of spectroscopie, is een belangrijke techniek om verschillende informatie over het heelal te extraheren. Omdat verschillende moleculen radiogolven in verschillende frequenties uitzenden, spectroscopische waarnemingen vertellen ons de samenstelling van de hemellichamen. Ook, de kosmische expansie verlaagt de gemeten frequenties, en het meten van de frequentieverschuiving van de oorspronkelijke frequentie geeft ons de afstanden tot verre objecten.

"Er zijn veel bestaande radio-ontvangers met spectroscopische mogelijkheden, echter, het bestreken frequentiebereik in één waarneming is vrij beperkt, " zegt Yoichi Tamura, een universitair hoofddocent aan de Universiteit van Nagoya. "Anderzijds, DESHIMA bereikt een ideale balans tussen de breedte van het frequentiebereik en de spectroscopische prestaties."

Achter dit unieke vermogen schuilt innovatieve nanotechnologie. Het onderzoeksteam ontwikkelde een speciaal supergeleidend elektrisch circuit, een filterbank, waarin radiogolven worden verspreid in verschillende frequenties, als een sorteerband in een fulfilmentcentrum. Aan het einde van de "signaaltransporteurs, Gevoelige Microwave Kinetic Inductance Detectors (MKID) worden gelokaliseerd en detecteren de verspreide signalen. DESHIMA is 's werelds eerste instrument dat deze twee technologieën op een chip combineert om radiogolven uit het heelal te detecteren.

Als eerste testobservatie, DESHIMA werd geïnstalleerd op een submillimetertelescoop van 10 m, het Atacama Submillimeter Telescope Experiment (ASTE) van de National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) in Noord-Chili. Het eerste doelwit was het actieve sterrenstelsel VV 114. De afstand tot het sterrenstelsel is al gemeten op 290 miljoen lichtjaar. DESHIMA heeft met succes het signaal gedetecteerd van de koolmonoxide (CO)-moleculen in de melkweg op de juiste frequentie die wordt verwacht van de uitdijing van het heelal.

Wanneer astronomen radio-emissie van een ver object met onbekende afstand proberen te detecteren, meestal vegen ze een bepaald frequentiebereik. Met conventionele radio-ontvangers met een smalle bandbreedte, ze moeten waarnemingen herhalen terwijl ze de frequentie enigszins verschuiven. Daarentegen, de breedband DESHIMA verbetert de efficiëntie van het zoeken naar emissie aanzienlijk en helpt onderzoekers om kaarten van verre sterrenstelsels te maken.

De hoge prestaties van DESHIMA zijn ook bewezen voor waarnemingen van nabijgelegen moleculaire wolken. DESHIMA heeft tegelijkertijd de distributie van de emissiesignalen van drie moleculen vastgelegd en afgebeeld, CO, formyl-ion (HCO+), en waterstofcyanide (HCN) in de Orionnevel.

Het onderzoeksteam streeft ernaar de capaciteit van DESHIMA verder te verbeteren. "Ons doel is om de frequentiebreedte uit te breiden, gevoeligheid verbeteren, en een radiocamera ontwikkelen met 16 pixels, " zei Kotaro Kohno, een professor aan de Universiteit van Tokio. "De toekomstige DESHIMA wordt een belangrijk vertrekpunt op verschillende astronomische gebieden."

De studie is gepubliceerd in Natuurastronomie .