Nederlands-Japanse chip meet 49 tinten ver-infrarood

DESHIMA, een Japans-Nederlandse spectrometer-op-een-chip bevat 49 antennes en is zo klein als een munt van euro en een munt van vijf Japanse yen.
 (c) SRON/Jochem Baselmans
DESHIMA, een Japans-Nederlandse spectrometer-op-een-chip bevat 49 antennes en is zo klein als een munt van euro en een munt van vijf Japanse yen. (c) SRON/Jochem Baselmans

Het DESHIMA-instrument van Nederlands-Japanse makelij heeft de eerste praktijktests doorstaan bij het meten van de afstanden en leeftijden van verre sterrenstelsels. De kern van het instrument is een chip ter grootte van twee euromunten die 49 tinten ver-infraroodlicht meet. De ontwikkelaars van de spectrometer publiceren de resultaten van hun eerste meetcampagne (first light) maandag in het vakblad Nature Astronomy.

Het meten van afstanden en leeftijden in het heelal is een probleem. De helderheid van een ster of een sterrenstelsel zegt namelijk weinig over de leeftijd. Sterrenkundigen omzeilen dat probleem door te kijken naar het dopplereffect van het licht van sterrenstelsels. Hoe roder het licht, hoe hoger de snelheid, hoe verder het sterrenstelsel. Het licht van de snelste, verste sterrenstelsels is op aarde te zien als ver-infraroodlicht.

49 kanalen
In oktober 2017 monteerden Nederlandse en Japanse onderzoekers onder leiding van Akira Endo (TU Delft) de speciale chip op de Japanse ASTE-telescoop in Noord-Chili. Op de door de TU Delft en SRON ontwikkelde supergeleidende chip bevinden zich één antenne, 49 filters en 49 detectoren. De antenne vangt straling van diverse golflengtes op. De filters rafelen de straling uiteen in 49 tinten infrarood. De 49 detectoren meten de sterkte van de straling. Als een detector een signaal opvangt, is dat te zien als een piek in een grafiek.

Tekst gaat door onder afbeelding.

Het DESHIMA-instrument is getest op de ASTE-telescoop in Pampa la Bola, 4860 meter hoog in het noorden van Chili. (c) NAOJ

Het DESHIMA-instrument is getest op de ASTE-telescoop in Pampa la Bola, 4860 meter hoog in het noorden van Chili. (c) NAOJ

First light
De eerste tests met de telescoop, het zogeheten first light, waren veelbelovend. De astronomen hadden de telescoop-met-chip eerst op Mars, Saturnus en een aantal bekende sterren en sterrenstelsels gericht. Toen die zonder noemenswaardige problemen de verwachte helderheid waarnamen, konden de onderzoekers de telescoop richten op het bekende verre sterrenstelsel VV114 en zagen ze de voorspelde roodverschuivingen.

Ruimtetelescoop
De onderzoekers werken inmiddels aan een chip die het licht uiteenrafelt in een golflengtegebied van meer dan 300 tinten in plaats van de huidige 49. Daarmee kunnen ze de afstanden bepalen tot sterrenstelsels die tot nu toe verborgen zijn achter stofwolken. Daarnaast willen de onderzoekers meerdere chips koppelen zodat ze meerdere sterrenstelsels tegelijk kunnen bestuderen. De ontwikkeling moet leiden tot een imaging-spectrometer op handzaam formaat die gemakkelijk gebruikt kan worden op een telescoop op aarde en een must is voor ruimtetelescopen.

Hulp van juwelier
Overigens mislukte de eerste tests op de telescoop in Chili nog bijna door materiaalproblemen. Er was namelijk wat mis met het koelsysteem van de chip. De onderzoekers hadden wel reserve-onderdelen meegenomen voor het koelsysteem, maar ze waren de pinnetjes vergeten om de onderdelen uit te lijnen. Na een urenlange zoektocht in het stadje San Pedro de Atacama kwamen de onderzoekers bij juwelier Jose Pinto. Ze vonden in Pinto's gereedschapskist een stuk koperdraad met precies de goede diameter. Daarmee konden ze de vergeten pinnetjes maken. En zo was het instrument gered en kon de test met de chip die 49 tinten infraroodlicht meet van start.

Meer informatie

  1. "First light demonstration of the integrated superconducting spectrometer." Door Akira Endo et al. Geaccepteerd voor publicatie in Nature Astronomy. (gratis preprint). 
  2. "Wideband on-chip terahertz spectrometer based on a superconducting filterbank." By Akira Endo et al. In Journal of Astronomical Telescopes, Instruments and Systems (open access) 
  3. Korte video (interviews en b-roll) van de DESHIMA-expeditie naar Chili in oktober 2017. (c) TU Delft TV
  4. Documentaire over de DESHIMA-expeditie en de periode daarna. (c) TU Delft/Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Het DESHIMA-project wordt mede mogelijk gemaakt dankzij subsidies van NWO, JSPS en de ERC.


English version of this news article.