Les signaux radio collectés par le télescope sont injectés dans l'antenne sur puce (à gauche) et se propagent vers le côté droit à travers la fine ligne métallique. Un banc de filtres est situé le long de la ligne et des signaux avec des fréquences spécifiques sont extraits par chaque filtre. Le signal entre alors dans le MKID et est détecté. La taille de la puce est de 4 cm x 1,5 cm. Crédit :Université de technologie de Delft
Des chercheurs au Japon et aux Pays-Bas ont développé conjointement un récepteur radio original DESHIMA (Deep Spectroscopic High-redshift Mapper) et ont obtenu avec succès les premiers spectres et images. Combinant la capacité de détecter une large gamme de fréquences d'ondes radio cosmiques et de les disperser en différentes fréquences, DESHIMA a démontré son pouvoir unique de mesurer efficacement les distances aux objets les plus éloignés ainsi que de cartographier les distributions de diverses molécules dans les nuages cosmiques proches.
"Deshima" (ou, Dejima) était un comptoir commercial néerlandais au Japon construit au milieu du XVIIe siècle. Depuis 200 ans, Deshima était la précieuse fenêtre du Japon sur le monde. Maintenant, les deux nations amies ouvrent une autre fenêtre sur un nouveau monde, le vaste Univers, avec des nanotechnologies innovantes.
"DESHIMA est un tout nouveau type d'instrument astronomique avec lequel une carte 3-D de l'Univers primitif peut être construite, " dit Akira Endo, chercheur à l'Université de Technologie de Delft et leader du projet DESHIMA.
La particularité de DESHIMA est qu'il peut disperser la large gamme de fréquences des ondes radio en différentes fréquences. La largeur de fréquence instantanée de DESHIMA (332-377 GHz) est plus de cinq fois plus large que celle des récepteurs utilisés dans l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).
Disperser les ondes radio cosmiques dans différentes fréquences, ou spectroscopie, est une technique importante pour extraire diverses informations sur l'Univers. Étant donné que différentes molécules émettent des ondes radio à différentes fréquences, les observations spectroscopiques nous renseignent sur la composition des objets célestes. Aussi, l'expansion cosmique diminue les fréquences mesurées, et la mesure du décalage de fréquence par rapport à la fréquence native nous fournit les distances aux objets distants.
De gauche à droite, (rangée arrière) :Toshihiko Kobiki, Tai Oshima (NAOJ), Kenichi Karatsu (TUdelft); (première rangée) :David Thoen, Akira Endo, Robert Huiting (TUdelft), Tatsuya Takekoshi (Université des électro-communications, Japon) Crédit :Robert Huiting (SRON)
« Il existe de nombreux récepteurs radio dotés de capacités spectroscopiques, cependant, la gamme de fréquences couverte dans une observation est assez limitée, " dit Yoichi Tamura, professeur agrégé à l'Université de Nagoya. "D'autre part, DESHIMA atteint un équilibre idéal entre la largeur de la plage de fréquences et les performances spectroscopiques."
Derrière cette capacité unique se cache une nanotechnologie innovante. L'équipe de recherche a développé un circuit électrique supraconducteur spécial, un banc de filtres, dans lequel les ondes radio sont dispersées en différentes fréquences, comme un convoyeur de tri dans un centre de distribution. Au bout des "convoyeurs de signaux, Des détecteurs sensibles à inductance cinétique hyperfréquence (MKID) sont localisés et détectent les signaux dispersés. DESHIMA est le premier instrument au monde à combiner ces deux technologies sur une puce pour détecter les ondes radio de l'Univers.
Comme première observation test, DESHIMA a été installé sur un télescope submillimétrique de 10 m, l'expérience du télescope submillimétrique d'Atacama (ASTE) exploitée par l'Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ) dans le nord du Chili. La première cible était la galaxie active VV 114. La distance à la galaxie a déjà été mesurée à 290 millions d'années-lumière. DESHIMA a détecté avec succès le signal des molécules de monoxyde de carbone (CO) dans la galaxie à la bonne fréquence attendue de l'expansion de l'Univers.
Lorsque les astronomes tentent de détecter l'émission radio d'un objet distant avec une distance inconnue, généralement, ils balayent une certaine gamme de fréquences. En utilisant des récepteurs radio conventionnels à bande passante étroite, ils doivent répéter les observations tout en décalant légèrement la fréquence. Par contre, le DESHIMA à large bande améliore considérablement l'efficacité de la recherche d'émission et aide les chercheurs à produire des cartes de galaxies lointaines.
L'émission des molécules de CO est clairement détectée à 339 GHz, qui est légèrement décalé par rapport à sa fréquence d'origine de 345 GHz en raison de l'expansion cosmique. Crédit :Équipe de projet DESHIMA/Endo et al.
La haute performance de DESHIMA a également été prouvée pour les observations de nuages moléculaires proches. DESHIMA a capturé et imagé simultanément la distribution des signaux d'émission de trois molécules, CO, l'ion formyle (HCO+), et le cyanure d'hydrogène (HCN) dans la nébuleuse d'Orion.
L'équipe de recherche vise à améliorer encore la capacité de DESHIMA. "Notre objectif est d'étendre la largeur de fréquence, améliorer la sensibilité, et développer une caméra radio de 16 pixels, " a déclaré Kotaro Kohno, professeur à l'Université de Tokyo. "Le futur DESHIMA sera un point de départ important dans divers domaines de l'astronomie."
L'étude est publiée dans Astronomie de la nature .
