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探测宇宙的新起点?研制出独特无线电接收器,一种全新的天文仪器

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发表于 2019-10-5 01:52:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
多国科学家共同研制了一种独创的无线电接收器DESHIMA(深光谱高红移绘图仪),并成功地用无线电接收器DESHIMA获得了第一批光谱和图像。DESHIMA结合了探测宇宙无线电波的广泛频率范围并将其分散到不同频率的能力,展示了其独特的能力,可以有效地测量到最遥远的天体距离,以及绘制出附近宇宙云中各种分子的分布。Deshima(或“Dejima”)是建于17世纪中叶的贸易站,现在用创新的纳米技术为一个新世界,广阔的宇宙打开了另一扇窗。
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德尔夫特理工大学研究员、DESHIMA项目负责人安藤彰(Akira Endo)说:DESHIMA是一种全新的天文仪器,可以用它绘制出早期宇宙的三维地图。DESHIMA独特之处在于它可以将无线电波大频率范围分散到不同的频率



DESHIMA的瞬时频率宽度(332-377 GHz)比阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)使用的接收机宽五倍以上。将宇宙无线电波分散到不同的频率或光谱中,是提取宇宙各种信息的一项重要技术。
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由于不同的分子以不同频率发射无线电波,光谱观察能告诉我们某天体的组成成分。此外,宇宙膨胀降低了测量到的频率,而测量固有频率的频移为我们提供了到遥远物体的距离。名古屋大学副教授田村洋一(Yoichi Tamura)表示:目前已有许多具有光谱能力的无线电接收器,但一次观测的覆盖频率范围相当有限。另一方面,DESHIMA在频率范围宽度和光谱性能之间实现了理想的平衡。在这种独特能力背后是创新的纳米技术,研究小组开发了一种特殊的超导电路——滤波器组。
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其中无线电波被分散到不同的频率,就像配送中心的分拣输送机。在“信号传送带”的末端,装有敏感的微波动电感检测器(MKID),对分散的信号进行定位和检测。DESHIMA是世界上第一个将这两种技术结合在一块芯片上的仪器,用来探测来自宇宙的无线电波。作为第一次测试观测,DESHIMA被安装在一个10米的亚毫米望远镜上,这是国家天文台(NAOJ)在智利北部操作的阿塔卡马亚毫米望远镜实验(ASTE)。第一个目标是活动星系vv114,到银河系的距离已经被测量到为2.9亿光年。
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DESHIMA成功地探测到了来自星系中一氧化碳分子的信号,其频率与宇宙膨胀的预期频率相符。当天文学家试图探测距离未知遥远物体发出的无线电辐射时,通常会扫过一定的频率范围。使用传统的窄带宽无线电接收机,需要重复观测,同时稍微改变频率。相比之下,宽带DESHIMA大大提高了发射搜索的效率,并帮助研究人员绘制出遥远星系的地图。DESHIMA的高性能也已被证实用于观察银河系附近分子云。
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DESHIMA同时捕捉并成像了猎户座星云中CO、formyl离子(HCO+)和氰化氢(HCN)三种分子的发射信号分布。研究小组的目标是进一步提高DESHIMA能力,东京大学教授Kotaro Kohno说:目标是扩大频宽,提高灵敏度,并开发出一种16像素的无线电摄像机,未来DESHIMA将是各个天文学领域的一个重要起点,其研究成果发表在《自然天文》期刊上。


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