Het DESHIMA-instrument is een compleet nieuw type astronomisch instrument waarmee een 3D-kaart van het vroege heelal gemaakt kan worden. Begin oktober hebben Nederlandse en Japanse onderzoekers het meetinstrument gemonteerd in de ASTE-telescoop in Chili. DESHIMA heeft de afgelopen dagen voor het eerst licht gemeten, het zogenaamde ‘first light’ in vaktermen, een belangrijke mijlpaal bij het in gebruik nemen van het instrument.
DESHIMA is ontwikkeld door TU Delft, SRON Netherlands Institute for Space Research en de Leidse sterrenwacht, samen met een consortium van Japanse universiteiten onder leiding van Tokyo University en NAOJ, de nationale sterrenwacht van Japan.

Prille begin

Als astronomen meer willen weten over het prille begin van ons heelal, moeten ze infrarood licht meten dat er tussen de 10 miljard en 13 miljard jaar over heeft gedaan om de aarde te bereiken. Daar zijn gevoelige instrumenten voor nodig. Een team van de TU Delft en SRON werkt samen met de Leidse sterrenwacht en Japanse astronomen aan supergeleidende en heel gevoelige meetapparatuur die het huidige meetproces met een factor honderd versnelt. Ze zijn op dit moment op locatie in Chili om alles te installeren en te testen.

Het trotse team heeft het DESHIMA instrument gemonteerd onder de ASTE telescoop van National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) in de Atacama woestijn in Chili. V.l.n.r. achterste rij: Toshihiko Kobiki, Tai Oshima, Kenichi Karatsu; voorste rij: David Thoen, Akira Endo, Robert Huiting, Tatsuya Takekoshi Foto credit: Robert Huiting (SRON)

Nieuw type spectrometer

Het onderzoeksteam vertrok in september naar de Atacama woestijn in Chili. Op 4,8 km hoogte staat daar de Japanse ASTE-telescoop (Atacama Submillimeter Telescope Experiment). Hierin werd de afgelopen weken DESHIMA (Deep Spectroscopic High-redshift Mapper) geïnstalleerd. Het nieuwe type spectrometer bepaalt de precieze afstand van zulke sterrenstelsels, door in het ver-infrarood spectrum van deze sterrenstelsels de zogenaamde roodverschuiving te meten. Vóór DESHIMA was er nog geen breedband spectrometer voor deze specifieke ver-infrarood frequenties.

De Japanse ASTE-telescoop - Foto credit: NAOJ

Grote precisie

DESHIMA gebruikt Microwave Kinetic Inductance Detectoren (MKID) om de kleinst mogelijke verschillen in stralingsenergie met de grootste precisie op te merken. Het idee daarvoor begon in 2009 op dezelfde plek in Chili. Toen kreeg Akira Endo (TU Delft) het idee voor een spectrometer met een grote hoeveelheid MKIDs. Later stelde Jochem Baselmans (SRON/TU Delft) voor om de gehele spectrometer op een en dezelfde chip te maken, zonder gebruik van optica: het idee van de supergeleidende, on-chip spectrometer was geboren.
Eén supergeleidende chip, verder uitontwikkeld door onderzoekers van TU Delft en SRON, ontvangt de ver-infrarood straling, filtert die uiteen naar verschillende deelfrequenties en meet per frequentie de helderheid. De chip wordt gekoeld tot -273 graden Celsius (120 milliKelvin) door een cryostaat (gemaakt door Entropy), en uitgelezen met uitleeselektronica. Zowel de cryogene apparatuur en de electronica zijn door SRON ontwikkeld.

Proof of principle

On-chip spectrometers bestaan al, maar DESHIMA is de eerste spectrometer in zijn soort die daadwerkelijk aan een telescoop wordt getest. DESHIMA is dan ook bijzonder vanwege zijn instantane bandbreedte: DESHIMA wordt in Chili als proof of principle getest op een frequentie van 346 Gigahertz en een bandbreedte van 40 Gigahertz. Het doel is om de komende jaren DESHIMA te verbeteren tot een bandbreedte van 240-720 GHz. En er wordt al gewerkt aan de opvolger van DESHIMA, MOSAIC, die meerdere on-chip spectrometers combineert in één instrument.
Als alles goed gaat, kunnen onderzoekers er binnenkort voor het eerst een driedimensionale kaart mee maken van sterrenstelsels uit de begintijd van het universum.

Meer informatie

In het DESHIMA project werkt de TU Delft nauw samen met SRON Netherlands Institute for Space Research, Leiden Observatory, de Universiteit van Tokyo, Nagoya University, The University of Electro-Communications, Saitama University, Hokkaido University, en de National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). DESHIMA is (mede) gefinancierd door NWO, ERC en JSPS.

Lees meer over de techniek achter DESHIMA, het onderzoek in Chili en sterrenstelsels bestuderen in het algemeen op de blog van de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica van de TU Delft:
https://www.tudelft.nl/ewi/actueel/nodes/stories/the-deshima-guide-to-the-galaxy/
Zie ook http://endolab.tudelft.nl/deshima/  

Dr. Akira Endo, TU Delft, terahertz.tudelft.nl/~endo/, a.endo@tudelft.nl, 015 278 8183
Ing. David Thoen, TU Delft / SRON, www.tudelft.nl/staff/d.j.thoen/, D.J.Thoen@tudelft.nl, 015 278 7163
Dr. Ir. Jochem Baselmans, SRON / TU Delft, http://terahertz.tudelft.nl/People/bio.php?id=342, J.Baselmans@sron.nl, 088 777 5880
Prof. Dr. Paul van der Werf, Leiden Observatory, pvdwerf@strw.leidenuniv.nl
Prof. Kotaro Kohno, University of Tokyo, kkohno@ioa.s.u-tokyo.ac.jp

Roy Meijer, Adviseur wetenschapscommunicatie TU Delft, 015-2781751, r.e.t.meijer@tudelft.nl  
Renske van den Berg, SRON Netherlands Institute for Space Research, Communicatie & Mediarelaties, 088 777 5893, r.g.m.van.den.berg@sron.nl