Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) в чилийских Андах — одно из самых мощных радиотелескопов в мире. Исследователи используют его для изучения тёмных и отдалённых областей Вселенной, чтобы лучше понять, как образуются звёзды, планеты, галактики и сама жизнь.
Для этого ALMA измеряет миллиметровое и субмиллиметровое излучение, испускаемое холодными молекулярными облаками. Молекулярные облака — это межзвёздные газовые облака с температурой всего несколько десятков кельвинов, в которых образуются звёзды при достижении определённой плотности и температуры.
ALMA состоит из 66 индивидуальных параболических антенн диаметром 12 м или 7 м, каждая из которых оснащена высокочастотными приёмниками для десяти диапазонов длин волн («ALMA bands») между 6 и 8,6 мм (35–50 ГГц) и 0,3 и 0,4 мм (787–950 ГГц) в электромагнитном спектре.
Для диапазона Band 2, который охватывает длины волн от 2,6 до 4,5 мм (67–116 ГГц), Институт прикладной физики твёрдого тела имени Фраунгофера IAF и Институт радиоастрономии Общества Макса Планка (MPIfR) предоставили 145 малошумящих усилителей (LNAs). Это означает, что впервые все диапазоны ALMA полностью оснащены.
С помощью ALMA Band 2 исследователи надеются получить лучшее представление о так называемой холодной межзвёздной среде — смеси пыли, газа, излучения и магнитных полей, из которых образуются звёзды. Благодаря улучшенным возможностям измерения можно будет более подробно изучить сложные органические молекулы в соседних галактиках, которые считаются предшественниками биологических строительных блоков, а также диски формирования планет.
«Производительность приёмников во многом зависит от производительности первых высокочастотных усилителей, установленных в них, — объясняет доктор Фабиан Том, руководитель подпроекта в Fraunhofer IAF. — Наша технология характеризуется средней температурой шума 22 К, что не имеет аналогов в мире».
С новыми LNAs сигналы могут быть усилены более чем в 300 раз на первом этапе. «Это позволяет приёмникам ALMA измерять миллиметровое и субмиллиметровое излучение из глубин Вселенной гораздо точнее и получать более качественные данные. Мы невероятно гордимся тем, что наша технология LNA помогает нам лучше понять происхождение звёзд и целых галактик», — говорит доктор Фабиан Том.
«Это замечательное признание нашего фантастического сотрудничества с Fraunhofer IAF, которое показывает, что наши усилители не только «сделаны в Германии», но и лучшие в мире», — говорит профессор доктор Майкл Крамер, исполнительный директор MPIfR.
В основе LNAs для ALMA Band 2 лежат монолитные микроволновые интегральные схемы (MMICs) на основе метаморфических транзисторов с высокой подвижностью электронов (mHEMTs), разработанных Fraunhofer IAF с использованием сложного полупроводникового материала арсенида индия-галлия (InGaAs).
Технология позволяет создавать LNAs с особенно низкой температурой шума, что значительно повышает чувствительность приёмников. Как следует из названия, малошумящие усилители улучшают качество входящих сигналов, усиливая их и одновременно снижая фоновый шум.
Fraunhofer IAF и MPIfR были совместно заказаны Европейской южной обсерваторией (ESO), которая управляет ALMA в сотрудничестве с другими международными учреждениями. Fraunhofer IAF отвечал за конкретную разработку MMICs, их производство, тестирование при комнатной температуре и отбор микросхем. MPIfR взял на себя сложную сборку и квалификацию модулей, включая криогенные тестовые измерения при температуре 15 К для использования в приёмниках ALMA Band 2, соответствующих спецификациям ESO.
Чтобы обеспечить максимально точные измерения, ALMA была построена на плато Чахнантор в чилийских Андах. В пустыне Атакама на высоте 5000 м над уровнем моря условия для радиоастрономических измерений уникальны в мире. Большая высота и засушливое местоположение гарантируют, что миллиметровое и субмиллиметровое излучение из отдалённых областей Вселенной значительно меньше ослабляется, чем где-либо ещё, поскольку ему приходится преодолевать меньше атмосферных водяных паров.
Предоставлено:
* [Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF](https://phys.org/partners/fraunhofer-institute-for-applied-solid-state-physics-iaf/)