Mitteilung

Neue ALMA-Empfänger, die unsere kosmischen Ursprünge erforschen sollen, erfolgreich getestet

14. August 2023

Ein internationales Team von Forschenden der Astronomie- und Ingenieurwissenschaften am Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an dem die ESO beteiligt ist, hat die ersten Messungen mit neuen Empfängern durchgeführt, die an mehreren ALMA-Antennenschüsseln installiert sind. Die Empfänger ermöglichen es ALMA, in dem endgültigen Frequenzbereich - mit Wellenlängen zwischen 2,6 und 4,5 Millimetern (67-116 GHz) - zu beobachten, für das es entwickelt wurde. Dieses sogenannte "Band 2" öffnet ein neues Fenster zu unseren kosmischen Ursprüngen und ermöglicht Messungen, die Aufschluss darüber geben, wie sich ferne Sterne und Galaxien bilden, bis hin zu den Ursprüngen von Planeten und den Bausteinen des Lebens.

ALMA, das sich auf dem Chajnantor-Plateau in Chile befindet, besteht aus insgesamt 66 Antennenschüsseln, die jeweils mit einem Arsenal hochempfindlicher Empfänger ausgestattet sind. Jeder Empfängertyp beobachtet innerhalb eines bestimmten Bandes oder Wellenlängenbereichs im Submillimeter-/Millimeterbereich des elektromagnetischen Spektrums. Insgesamt decken diese Bänder ein Fenster von 0,3 bis 8,6 Millimetern (950 bis 35 GHz; Band 10 bis 1) ab. Band 2 eröffnet ein völlig neues Fenster von 67-84 GHz und erweitert gleichzeitig die verfügbare Bandbreite im Frequenzbereich 84-116 GHz, der auch von Band 3 abgedeckt wird.

Der erste Band-2-Empfängerprototyp wurde Anfang des Jahres erfolgreich an einer ALMA-Antenne installiert und getestet. Jetzt wurden ein zweiter und ein dritter Band-2-Empfänger auf zwei weiteren ALMA-Antennen installiert, was echte Interferometrie ermöglicht: die Messung des Streifenmusters, das sich aus der Korrelation mehrerer Signale eines hellen astronomischen Objekts ergibt. Dieser Meilenstein bedeutet, dass die Mitarbeitenden zum ersten Mal in der Lage waren, die Signale von mehreren Antennennschüsseln im Band 2 zu kombinieren. Mit der Aufrüstung weiterer ALMA-Antennennschüsseln mit Band-2-Empfängern werden sich die Detailgenauigkeit und die Empfindlichkeit verbessern, so dass immer präzisere Beobachtungen unseres Universums möglich werden.

ALMA Band 2 wird wichtige Messungen des kalten interstellaren Mediums ermöglichen, der Mischung aus Staub und molekularem Gas, die im Raum zwischen den Sternen existiert und die Sternentstehung antreibt. Darüber hinaus wird ALMA in der Lage sein, die Eigenschaften von Staub und Molekülen in Objekten - von planetaren Scheiben bis hin zu weit entfernten Galaxien - mit einem bisher unerreichten Detailgrad zu untersuchen.

Näher an unserem Zuhause werden die neuen Empfänger die Beobachtung komplexer organischer Moleküle in nahen Galaxien ermöglichen, die Aufschluss darüber geben, wie die Bedingungen für die Entstehung von Leben geschaffen werden. Gleichzeitig wird Band 2 helfen, die Entstehung von Planeten besser zu verstehen, indem sie die "Schneegrenze" aus Kohlenmonoxid untersuchen, eine Region in den Scheiben um junge Sterne, die weit genug von den Zentralsternen entfernt ist, damit dort Gas kondensiert.

Die Entwicklung von Band 2 wurde von der ESO geleitet und umfasste Partner am National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), der Universidad de Chile, mehreren europäischen Instituten und der Industrie. Die Produktion der ersten Empfängermodule wurde dann von einem Konsortium übernommen, das aus der Nederlandse Onderzoekschool Voor Astronomie (NOVA), der Gruppe für fortgeschrittene Empfängerentwicklung (GARD) am Onsala-Weltraumobservatorium der Chalmers-Universität in Schweden und dem italienischen Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) in Zusammenarbeit mit dem NAOJ bestand.

Nun wird das Team daran arbeiten, die Leistung der Vorproduktions-Empfänger zu optimieren. Anschließend werden die restlichen Empfänger für die Installation an allen 66 Antennenschüsseln hergestellt, womit eine neue Ära der ALMA-Beobachtungen eingeläutet wird. Zusammen mit ergänzenden ALMA-Upgrades, die für den Zeitraum bis 2030 geplant sind, wird die Installation von Band 2 eine 4-fach so große Bandbreite ermöglichen, wie die meisten aktuellen ALMA-Empfänger erreichen können, was die Beobachtungsgeschwindigkeit dramatisch erhöht.

Weitere Informationen

ALMA ist eine Partnerschaft zwischen der ESO (als Vertreterin ihrer Mitgliedsländer), der NSF (USA) und NINS (Japan), zusammen mit dem NRC (Kanada), NSTC und ASIAA (Taiwan) und KASI (Republik Korea) in Zusammenarbeit mit der Republik Chile. Das Joint ALMA Observatory wird von der ESO, AUI/NRAO und NAOJ betrieben.