Ingenjörer från Gruppen för avancerad mottagarutveckling vid Onsala rymdobservatorium och Chalmers undersöker Sepias övre del innan den installeras på teleskopet Apex. Till vänster står Mathias Fredrixon och Denis Meledin, och bakom dem Igor Lapkin. 

S. Krause (Institutionen för rymd- och geovetenskap, Chalmers)

Teleskop redo att upptäcka vatten i rymden – med teknik från Sverige

​Två av världens högst belägna och mest avancerade teleskop har börjat leta efter vatten i rymden – och andra överraskningar – med nya ögon. Teleskopen Alma och Apex har fått nya förmågor tack vare avancerad teknik som utvecklats vid Onsala rymdobservatorium och Chalmers.
Chajnantorplatån i norra Chile, 5000 meter över havet, är en av de få platserna i världen där luften är tillräckligt torr för att kunna se spår av vatten i rymden. Ljus med en särskild nyans, specifikt med våglängd mellan 1,4 och 1,9 millimeter (frekvens mellan 158 och 211 GHz) blockeras normalt av vattenånga i atmosfären.

Från Chajnantor är det möjligt att upptäcka vatten i rymden. Men det krävs utmärkta väderförhållanden – och rätt utrustning. Sedan tidigt 2015 har teleskopen Alma och Apex, som båda ligger här, för första gången kunnat registrera signaler från rymden i dessa spännande nya nyanser. Signaler med dessa våglängder kallas ibland ljus, ibland radiovågor – ibland helt enkelt millimetervågor. Alma är en förkortning för Atacama Large Millimetre/Submillimetre Array; Apex står för Atacama Pathfinder EXperiment.
 
Denna nya möjlighet har kommit till tack vare toppmoderna instrument som utvecklats av forskarna och ingenjörerna vid Gruppen för avancerad mottagarutveckling (GARD) vid Onsala rymdobservatorium och Institutionen för rymd- och geovetenskap vid Chalmers.
 
Under 2015 har nya mottagare – instrument som kan upptäcka och mäta upp radiovågor – genomgått sina första fälttester på Alma. Samtidigt på Apex har en liknande mottagare testats som en del av ett nytt instrument som heter Sepia.

Alma, som består av 66 antenner med diameter 12 och 7 meter, ger astronomer världens skarpaste bilder av universum i ljus med våglängder runt en millimeter, långt rödare än ögat kan se. Alma:s mindre kusin Apex, med dess enskilda 12-metersantenn, kompletterar Alma:s skarpa syn med en förmåga att istället göra snabba men djupa observationer av större områden på himlen.

Det nya instrumentet Sepia sitter sedan tidigt i 2015 på Apex. Utskrivet är namnet Swedish ESO PI receiver for Apex, eller Svensk-ESO PI-mottagaren för Apex. ESO är det Europeiska sydobservatoriet, en av partnerorganisationerna bakom Apex. Så kallade PI-instrument (”Principal investigator”) på Apex kan användas av forskare som uppfyller vissa villkor. Namnet Sepia har också kopplingar till vatten: det är namnet på det sedan antiken välkända färgämnet som bläckfisksläktet med samma namn har gett oss.

 
Avancerad teknik på insidan

För astronomer som är nyfikna på hur universum ser ut i ljus med våglängd mellan 1,4 och 1,9 mm är avancerad teknik lika viktigt som torra förhållanden och stora antenner.

I mottagarens hjärta utnyttjas några av fysikens märkligaste fenomen för att kunna registrera och mäta upp de svaga signalerna från rymden. För det behöver också detektorn kylas ner till extremt låga temperaturer.

Forskarna och ingenjörerna som ingår i GARD utgör en av de få forskargrupper inom instrumentbygge för radioastronomi som har tillgång till den utrustning och erfarenhet som krävs för att möta utmaningen att bygga instrument för världens mest avancerade teleskop.

– Att bygga toppmoderna instrument för teleskop som Apex och Alma betyder för oss att kunna på det bästa möjliga sätt kombinera olika tekniker. Utmaningen att lösa problem inom många olika forskningsfält – till exempel halvledar- och supraledarelektronik för mikrovågor och millimetervågor, mikrofabrikation, fysisk optik och kryoteknik – är det som gör det här arbetet spännande, säger Alexey Pavolotsky, forskare på GARD.

 
Första tecken på vatten
 
Under 2015 har mottagarna testats för första gången på Apex, som en del av Sepia, och på Almas antenner.

Nu analyseras de första observationerna med Sepia, många av dem förslag från astronomer i Sverige.
 
Att upptäcka och mäta upp vatten i rymden är ett viktigt mål för astronomer både i Sverige och i hela världen. Tack vare vattnets roll i liv på jorden är det också en viktig del av strävan att förstå vårt kosmiska ursprung. Men vattenmolekyler i rymden – till exempel i moln i galaxer där nya stjärnor bildas, eller kring stjärnor som ömsar sina yttre lager efter långa och produktiva liv – har också andra historier att berätta.

Bland de första att söka tecken på vatten med Sepia är Elvire De Beck, astronom vid Chalmers och Onsala rymdobservatorium. Tillsammans med kollegorna Wouter Vlemmings (också Chalmers och Onsala rymdobservatorium) och Liz Humphreys (ESO) samlade hon mätningar av stjärnan W Hydrae (se bilden), en åldrande, röd jättestjärna 300 ljusår bort i stjärnbilden Vattenormen. I mätningarna syns en stark signal vid 183 GHz (motsvarar våglängd på 1,6 mm), ett tydligt tecken på vattenånga i täta moln nära stjärnan.
 
– Sepia fungerar riktigt bra. De här mätningarna visar hur tydligt vi kan upptäcka vatten och andra molekyler kring stjärnor som denna och andra som liknar den. Med hjälp av Sepia  – och snart också med mer detaljskärpa med Alma – kommer mätningar som dessa att kunna berätta mycket för oss om röda jättar, och det i sin tur berättar om vad som händer med stjärnor som solen när de blir gamla, förklarar Elvire De Beck.

Att upptäcka vatten är bara en del av berättelsen. Andra forskare, bland dem många från Sverige, har planer att använda Sepia för att upptäcka kännetecknen för andra molekyler, atomer och joner både kring närliggande stjärnor och hos avlägsna galaxer.
 
Nu när Sepia är i drift och mottagarna för Almas Band 5 håller på att installeras visar två av världens bästa teleskop upp hur bra de är på att studera vatten i rymden – och att göra andra upptäckter i ett nytt fönster mot universum.

Medan tester fortsätter mot slutet av 2015 både vid Apex och vid Alma kan nu forskare från hela världen föreslå observationer med Sepia, redo för uppföljningar med Alma från 2016.


 
Fakta om projektet

Mottagare för Alma Band 5 och för Sepia konstruerades och prototyper byggdes av Gruppen för avancerad mottagarutveckling (GARD) vid Onsala rymdobservatorium och Chalmers, i samarbete med Rutherford Appleton Laboratory, Storbritannien, och ESO, det Europeiska sydobservatoriet, inom den Europeiska kommissionens ramprogram FP6 (Alma enhancement). Efter att prototyperna klarat testerna byggdes de första mottagarna och levererades till Alma under första halvåret 2015 av ett konsortium bestående av NOVA, Nederländernas forskarskola för astronomi och GARD. Oscillatorkällan och rumstemperaturelektroniken levererades av NRAO. Fram till november 2015 har 12 mottagare levererats till Alma, varav två användes för de första testobservationerna i mitten av 2015. År 2017 räknar man att ha levererat hela uppsättningen på 73 mottagare. 

 
Mer information


Tidigare pressmeddelande: Superteleskopet Alma förbättras med svensk spetsteknik​ (5 juni 2012)


 
Kontakter

Robert Cumming, astronom och informatör, Onsala rymdobservatorium, 031 772 5500, 070 49 33 114, robert.cumming@chalmers.se

John Conway, föreståndare, Onsala rymdobservatorium, Chalmers, 031 772 5500, john.conway@chalmers.se

Victor Belitsky, professor i radio- och rymdvetenskap vid Chalmers, ledare för Gruppen för avancerad mottagarutveckling vid Onsala rymdobservatorium och Chalmers, 031-772 1893, victor.belitsky@chalmers.se


Bilder

Bild längst upp: Högupplöst bild hos ESO

1. När Sepia lyfts in i teleskopets instrumentkabin den 15 februari 2015 är Chajnantorplatån i norra Chile täckt av snö.
Foto: A. Ermakov (Institutionen för rymd- och geovetenskap, Chalmers)

2. Avancerade komponenter i hjärtat av mottagarna i Sepia och Alma:s Band 5. När de kylts ned till fyra grader över den absoluta nollpunkten bidrar en tunnelström mellan skikt av supraledande niob till att göra om den svaga signalen från teleskopet till mätningar som astronomer kan analysera. 
Foto: Onsala Space Observatory/E. Sundin

3. Tecken på vatten nära stjärnan W Hydrae. Med dess nya instrument Sepia kan teleskopet Apex nu se ljus med våglängd kring 1,5 mm – idealiskt för att kunna upptäcka tecken på vatten i rymden. Bland de första målen för Sepia är den röda jättestjärnan W Hydrae, som ligger ca 300 ljusår från jorden. I detta spektrum syns tydliga tecken på vattenånga nära stjärnan. Med hjälp av dessa mätdata och framtida studier med Alma hoppas forskare kunna förstå de röda jättarnas bidrag till det kosmiska ekosystemet. 
Bild: ESA/Herschel/MESS (Mass-loss of Evolved StarS) program/N. Cox & F. Kerschbaum (bakgrundsbilden); W. Vlemmings, E. De Beck and E. Humphreys (grafen)

4. En av mottagarna för våglängder mellan 1,4 och 1,9 mm. Ingenjören Mathias Fredrixon arbetar med en av de första mottagarna som byggdes inom Band 5-projektet för Alma, och som nu uppgraderats för att ingå i det nya instrumentet Sepia på Apex. 
Foto: Onsala rymdobservatorium/Alexey Pavolotsky 

 

 

Publicerad: on 04 nov 2015. Ändrad: fr 16 dec 2016