Des chercheurs de la UCLA Samueli School of Engineering ont développé un système de détection de lumière ultra-sensible qui pourrait permettre aux astronomes d'observer les galaxies, les étoiles et les systèmes planétaires dans les moindres détails.

Le système fonctionne à température ambiante, une amélioration par rapport à une technologie similaire qui ne fonctionne qu'à des températures proches de 270 degrés en dessous de zéro Celsius, ou moins 454 degrés Fahrenheit. Un document détaillant l'avance est publié aujourd'hui dans Astronomie de la nature .

Le système de capteurs détecte le rayonnement dans la bande térahertz du spectre électromagnétique, qui comprend des parties des fréquences infrarouge lointain et micro-ondes.

Le système produit des images d'une clarté ultra-élevée, et il peut détecter les ondes térahertz sur une large gamme spectrale, une amélioration au moins 10 fois supérieure aux technologies actuelles qui ne détectent de telles ondes que dans une gamme spectrale étroite. Ses capacités étendues pourraient lui permettre de faire des observations qui nécessitent actuellement plusieurs instruments différents. Il identifie quels éléments et molécules, par exemple, l'eau, oxygène, monoxyde de carbone et autres molécules organiques, sont présents dans ces régions de l'espace en voyant si leurs signatures spectrales révélatrices individuelles sont présentes.

"Regarder dans les fréquences térahertz nous permet de voir des détails que nous ne pouvons pas voir dans d'autres parties du spectre, " dit Mona Jarrahi, un professeur de génie électrique et informatique de l'UCLA qui a dirigé la recherche. « En astronomie, l'avantage de la gamme térahertz est que, contrairement à la lumière infrarouge et visible, les ondes térahertz ne sont pas masquées par le gaz et la poussière interstellaires qui entourent ces structures astronomiques."

La technologie pourrait être particulièrement efficace dans les observatoires spatiaux, Jarrahi a dit, car contrairement à la Terre, les ondes térahertz peuvent être détectées sans interférence de l'atmosphère.

Le système pourrait aider les scientifiques à glaner de nouvelles informations sur la composition des objets et des structures astronomiques et sur la physique de leur formation et de leur mort. Cela pourrait également aider à répondre aux questions sur la façon dont ils interagissent avec les gaz, la poussière et le rayonnement qui existent entre les étoiles et les galaxies, et cela pourrait révéler des indices sur les origines cosmiques de l'eau ou des molécules organiques qui pourraient indiquer si une planète est hospitalière à la vie.

Le système pourrait également être utilisé sur Terre, pour détecter les gaz nocifs à des fins de sécurité ou de surveillance environnementale.

La clé du nouveau système réside dans la façon dont il convertit les signaux térahertz entrants, qui ne sont pas faciles à détecter et à analyser avec un équipement scientifique standard, en ondes radio faciles à manipuler.

Les systèmes existants utilisent des matériaux supraconducteurs pour traduire les signaux térahertz en ondes radio. Mais pour travailler, ces systèmes utilisent un liquide de refroidissement spécialisé pour maintenir ces matériaux à des températures extrêmement basses, proche du zéro absolu. La surfusion des équipements est faisable sur Terre, mais lorsque les capteurs sont pris sur un vaisseau spatial, leur durée de vie est limitée par la quantité de liquide de refroidissement à bord. Aussi, parce que le poids des vaisseaux spatiaux est si important, il peut être problématique de transporter les kilos supplémentaires de liquide de refroidissement dont l'équipement a besoin.

Les chercheurs de l'UCLA ont créé une nouvelle technologie pour résoudre les problèmes de liquide de refroidissement et de poids associés. Leur dispositif utilise un faisceau de lumière pour interagir avec les signaux térahertz à l'intérieur d'un matériau semi-conducteur avec des nanostructures métalliques. Le système convertit ensuite le signal térahertz entrant en ondes radio, qui sont lus par le système et peuvent être interprétés par les astrophysiciens.