Alma antenner
Några av teleskopet ALMA:s 66 antenner som ska få nya mottagare, utvecklade och designade på Chalmers. Bild: ESO/B. Tafreshi.​​

Prestigefullt teleskopuppdrag till Chalmers

– Det är en stor ära och en jättestor utmaning för oss att vara med och leverera nästa generation mottagare till det bästa teleskopet i världen, säger Victor Belitsky, som leder GARD, gruppen för avancerad mottagarutveckling, på Chalmers. 
Gruppen har tillsammans med kollegor i Nederländerna och Italien fått uppdraget att utveckla och tillverka nya högkänsliga mottagare av radiovågor, som ska ge radioteleskopet ALMA i Chile möjlighet att observera delar av universum på nya sätt, bland annat planetbildning och fjärran galaxer. 
Efter långa förberedelser har ett kontrakt nu undertecknats för att påbörja produktionen av en ny uppsättning mottagare till ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. Det innebär starten för ett stort och prestigefullt projekt där extrem precision och prestanda krävs, något som bara ett fåtal forskningsgrupper i Europa kan hantera. Den europeiska astronomiorganisationen ESO ska som partner till ALMA-teleskopet ha en överinseende roll i produktionen. 

ALMA-teleskopet ligger bakom några av de mest betydande astronomiska observationerna de senaste åren, och spelade till exempel en viktig roll när den första bilden på ett svart hål togs 2019. ALMA består av 66 sammankopplade radioantenner som observerar universum tillsammans i olika frekvenser från en högplatå i Atacamaöknen i Chile. Teleskopet undersöker ljuset från några av universums kallaste kroppar. Det handlar om ljus på våglängder som är osynligt för mänskliga ögon, i våglängder runt en millimeter, mellan infrarött ljus och mikrovågor. Och det är inte första gången som GARD har fått i uppdrag att vara med och skapa och tillverka mottagare för instrumentet. 

– Vi hade förmånen att vara med och ta fram de senaste nya mottagarna, i ett projekt som pågick mellan 2010 och 2018. Vårt mål är samma denna gång, att göra den bästa tänkbara mottagaren för det aktuella frekvensområdet. Ett optimalt instrument helt enkelt, säger Victor Belitsky.

I var och en av ALMA:s 66 antenner finns ett antal mottagare som arbetar i varsitt skarpt avgränsat frekvensområde, eller ”band”. Den senaste kompletta uppsättningen mottagare som GARD levererade kallas Band 5 (läs mer i nyheten "​Instrument från Chalmers ska se universums mest avlägsna delar"​). De används nu främst för att leta efter vatten i vårt solsystem och i Vintergatan, men också ge forskarna en ny förståelse om hur stjärnor, planeter och galaxer föds. 

De frekvenser som de nya mottagarna ska öppna kallas Band 2, och gör att ALMA dels kan studera den tunna och kalla blandning av gas och strålning som finns mellan stjärnor, det s k interstellära mediet. Och dels studera egenskaperna hos andra astronomiska fenomen i och utanför Vintergatan, som planetbildande skivor och fjärran galaxer. 

– Utvecklingen har verkligen gått framåt när det gäller mottagare och förstärkare. Finessen med de nya instrumenten är att de kan ta emot signaler i ett bredare frekvensområde än tidigare mottagare. Det innebär bland annat att man kan observera olika egenskaper hos samma objekt, utan att behöva kalibrera om instrumenten mellan observationerna. Det är en stor fördel, säger Victor. 

Nu går han och kollegorna in i en förproduktionsfas som godkänts av ALMA-kommittén efter lyckade tester av den prototyp (se bild) som GARD varit med och designat. Förproduktionsfasen, som man räknar med kommer att ta ca 2,5 år, omfattar utveckling och produktion av sex kompletta ”kassetter” som innehåller bl a mottagare och signalförstärkare. När de är producerade och godkända kommer sedan kollegorna i Italien och Nederländerna sköta produktionen av kassetter till varje antenn. 

– Kompetensen i vår grupp kommer bäst till pass i utvecklings- och designfaserna, och vi vill helst fokusera på de delarna. Så istället för att skapa ett ”löpande band” och producera så många likadana instrument kommer vi att gå vidare mot nya utvecklingsprojekt. Men vi kommer såklart att finnas tillgängliga för att bidra med kunskap och expertis under produktionsfasen också, säger Victor Belitsky. 

Susanne Aalto, professori i radioastronomi vid Chalmers, kommenterar ALMA:s framtida möjligheter så här: 
– Med band 2 utökar ALMA ytterligare sitt fönster mot det osynliga, “kalla” universum. Bland annat får vi nya möjligheter att studera egenskaperna hos riktigt unga och avlägsna galaxer för att kunna kartlägga deras utveckling. Det nya fönstret gör också att vi kan studera riktigt tät och kall gas i mer närbelägna galaxer för att kunna förstå hur massiva utbrott av stjärnbildning kan ske och hur supertunga svarta hål växer. 
– Vi får också tillgång till nya linjer, nya molekyler och ny kemi för att studera stjärnors och planeters livscykel i vår egen galax, Vintergatan. Till exempel kan man studera hur stora stoftkorn utvecklas och växer för att till sist bilda planeter, avslutar Susanne Aalto, professor och enhetschef vid avdelningen för astronomi och plasmafysik på institutionen för rymd-, geo- och miljövetenskap. 

Text: Christian Löwhagen. 

Bild 1: Några av teleskopet ALMA:s 66 antenner som ska få nya mottagare, utvecklade och designade på Chalmers. Bild: ESO/B. Tafreshi.
Bild 2: Prototypen för ALMA:s nya Band 2-mottagare. Mottagare innehåller en hornantenn, polarisationsdelare, förstärkare och vågledare. Det är en s k kryogenisk mottagare som kommer att kylas ner till ca 10 K (minus 263 grader Celsius). Prototypen har designats av GARD vid Chalmers och byggts vid det italienska nationella institutet för fysik, INAF.

Mer info GARD: ​

Gruppen för avancerad mottagarutveckling är en forsknings- och ingenjörsgrupp på avdelningen Onsala rymdobservatorium, institutionen för Rymd-, geo- och miljövetenskap. De arbetar med instrumentering för terahertzteknik. Dessa terahertzfrekvenser omfattar millimeter- och submillimetervåglängder (vid frekvenser 100 GHz och högre) samt frekvenser över 1000 GHz.

Mer info Band​ 2: 
Produktionen av Band 2-mottagarna görs inom ett konsortium med den nederländska forskarskolan för astronomi (NOVA), Chalmers tekniska högskola i Göteborg och det italienska nationella institutet för fysik (INAF). Japans nationella astronomiska observatorium (NAOJ), National Radio Astronomy Observatory (NAOJ) i USA och Universidad de Chile har deltagit i utvecklingen och produktionen av vissa delar i mottagarna som kommer att sändas till ESO för tester och integration.

Mer info ALMA.

Den internationella forskningsanläggningen ALMA är ett partnerskap mellan ESO, U.S. National Science Foundation (NSF) och det Nationella naturvetenskapliga institutet (NINS) i Japan, i samarbete med republiken Chile. https://www.eso.org/public/sweden/teles-instr/alma/

Publicerad: fr 08 maj 2020.