17 oktober 2017

Belangrijke hobbel sterrenstof camera’s getrotseerd

Het onderzoek naar atomen, moleculen en moleculaire wolken in de ruimte tussen sterren, gaat de komende jaren grote stappen maken, dankzij snel voortschrijdende technologie. In de ontwikkeling van een supergevoelige camera voor onderzoek naar dit interstellaire medium, is nu een belangrijke tussenstap behaald: het splitsen van een zogenaamd terahertz (THz) signaal in een achtvoudige bundel.

Wie atomen en moleculen in het interstellair medium wil onderzoeken, moet niet (alleen) het ‘gewone’ licht, röntgenstraling, of uv-licht waarnemen, maar kan het beste tussen de sterren turen naar heel specifieke infrarood-straling. Om precies te zijn straling in het terahertz-gebied. In de straling van deze specifieke golflengte, zijn de kenmerkende ‘vingerafdrukken’ te vinden van diverse stoffen. In dit deel van het infrarood wordt straling uitgedrukt in frequentie in plaats van golflengte, waarbij 1 THz overeenkomt met 300 micrometer.

Om op de hele specifieke terahertz straling af te kunnen stemmen, zijn speciale camera-ontvangers nodig: heterodyne ontvangers. Zo’n ontvanger mengt het signaal uit de ruimte met een ‘eigen’ signaal uit een lokale oscillator. Van het signaal dat daarna overblijft, kunnen supergevoelige mixer detectoren spectra maken. Zo kunnen zulke camera’s de gezochte vingerafdrukken vinden, met een hele hoge resolutie.

Voor het grootschalige onderzoek dat wetenschappers willen naar de ruimte tussen sterren, zijn heterodyne camera’s nodig die beschikken over meerdere pixels. Daarvoor zijn dan ook lokale oscillators nodig die een meervoudig signaal kunnen geven. Want ruimtemissies hebben doorgaans geen plek voor een aparte oscillator voor elke pixel.

Een promovendus aan de TU Delft, Behnam Mirzaei, heeft samen met wetenschappers van SRON (Netherlands Institute for Space Research) de werking van zo’n oscillator met achtvoudig uitgaand signaal aangetoond. Ze schenen een signaal van 1,4 terahertz door een speciaal door hen ontwikkeld zogenaamd Fourier faseraster, een ‘tralie’ die de straal met succes in acht bundels splitste. Bovendien toonde het onderzoek de maximale theoretische efficiëntie aan: de verhouding in kracht van het enkele signaal versus de gesplitste signalen. Ook kwamen de onderzoekers meer te weten over de invloed van de invalshoek.

Met de demonstratie is de weg geplaveid voor de ontwikkeling van Fourier faserasters voor systemen met meerdere pixels op hogere frequenties zoals 4,7 terahertz, de unieke ‘vindplaats’ van bepaalde chemische vingerafdrukken. Stratosfeerballonmissie GUSTO van NASA zal in 2021 het Nederlandse camerasysteem van SRON en TU Delft met meerdere pixels voor 1,4, 1,9 en 4,7 terahertz naar de ruimterand brengen, voor een grootschalige waarneming van moleculen, atomen en moleculaire wolken tussen de sterren van de Melkweg.

De onderzoekers publiceerden hun resultaten in het internationale vaktijdschrift Optics Express, van de Optical Society of America. Dit project was mogelijk door een samenwerking tussen TU Delft, SRON, en de Arizona State University (USA).

Bron: SRON

Laat wat van je horen

*