Novo rádio detecta todas as estações do Universo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/08/2019

Os sinais de rádio coletados pelo telescópio são injetados na antena no chip (à esquerda) e se propagam até o banco de filtros, onde os sinais com frequências específicas são extraídos por cada filtro. O chip mede 4 cm x 1,5 cm.
[Imagem: Delft University of Technology]

Rádio Deshima

Pesquisadores japoneses e holandeses construíram um novo tipo de receptor de rádio que está se mostrando a ferramenta ideal para ouvir as estrelas.

O novo rádio foi batizado de DESHIMA, nome de um lugar importante na história dos dois países, mas que se converteu em uma sigla para Mapeador Espectroscópico Profundo de Elevado Desvio para o Vermelho - o desvio para o vermelho é o "esticamento" do comprimento de onda da luz que viaja até nós em virtude da expansão constante do Universo.

Combinando a capacidade de detectar simultaneamente uma ampla faixa de frequência de ondas de rádio cósmicas e dispersá-las em diferentes frequências, o novo rádio demonstrou sua capacidade única de medir distâncias até os objetos mais remotos e mapear as distribuições de várias moléculas em nuvens cósmicas próximas.

"O DESHIMA é um tipo completamente novo de instrumento astronômico, com o qual poderemos construir um mapa 3D do Universo primitivo," disse Akira Endo, da Universidade de Tecnologia de Delft, referindo-se aos corpos celestes mais distantes de nós.

A equipe comemora o sucesso das primeiras observações do seu "rádio universal".
[Imagem: Robert Huiting (SRON)]

Rádio espectroscópico

A singularidade do rádio espectroscópico é que ele pode dispersar a ampla faixa de frequências das ondas de rádio captadas do Universo em diferentes frequências - ele captura uma banda larga e distribui as frequências, permitindo que elas sejam estudadas individualmente. Sua largura de frequência instantânea (332-377 GHz) é mais de cinco vezes maior do que a dos receptores usados pelo radiotelescópio ALMA, que está revolucionando a astronomia - foi o ALMA que fez a primeira imagem histórica da formação de planetas, por exemplo.

Dispersar as ondas de rádio cósmicas em diferentes frequências significa fazer espectroscopia, uma técnica usada para extrair várias informações sobre o Universo. Como diferentes moléculas emitem ondas de rádio em diferentes frequências, observações espectroscópicas nos informam a composição dos objetos celestes. Além disso, a expansão cósmica diminui as frequências medidas, e medir o desvio da frequência em relação à frequência nativa nos fornece as distâncias até os corpos celestes mais remotos.

Embora a espectroscopia esteja por trás de avanços como o telescópio virtual do tamanho da Terra e a primeira imagem de um buraco negro, colocar tudo em um único equipamento exigiu o desenvolvimento de uma nanotecnologia inovadora.

Akira Endo e seus colegas desenvolveram um circuito elétrico supercondutor, chamado banco de filtros, no qual as ondas de rádio são dispersas em diferentes frequências, de forma parecida com uma correia transportadora em um centro de distribuição, que manda as mercadorias para seus diversos destinos. No final dos "transportadores de sinais", sensores especiais, chamados detectores de indutância cinética por micro-ondas (MKID) detectam os sinais individuais. O rádio DESHIMA é o primeiro instrumento do mundo a combinar essas duas tecnologias em um único chip.

Distribuição de moléculas CO, HCN e HCO+ na Nebulosa de Órion, comprovando a capacidade do equipamento em medir várias assinaturas de substâncias em uma única observação.
[Imagem: DESHIMA Project Team/Endo et al.]

Composição do Universo

Quando os astrônomos tentam detectar a emissão de rádio de um objeto remoto com distância desconhecida, geralmente eles varrem uma certa faixa de frequências. Usando receptores de rádio convencionais, com sua largura de banda tipicamente estreita, eles precisam repetir as observações enquanto mudam levemente a frequência. Já o DESHIMA, com sua banda larga, faz tudo de uma vez só, simplificando as observações sem deixar nenhuma frequência para trás, o que permitirá produzir mapas de galáxias distantes, por exemplo.

Como primeira observação de teste, o instrumento DESHIMA foi instalado no Telescópio Submilimétrico de Atacama (ASTE), operado pelo Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ) no norte do Chile. O primeiro alvo era a galáxia ativa VV 114. A distância até a galáxia já havia sido medida em 290 milhões de anos-luz, o que serviu para aferir os resultados.

Mas os resultados mais entusiasmantes vieram com a detecção das moléculas de monóxido de carbono (CO) na galáxia na frequência correta esperada quando se leva em conta a expansão do Universo, mostrando que o instrumento permite verificar a composição mesmo de regiões e corpos celestes muito distantes.

O alto desempenho do DESHIMA também foi comprovado para observações de nuvens moleculares próximas, visualizando a distribuição dos sinais de emissão de três moléculas - CO, íon formila (HCO+) e cianeto de hidrogênio (HCN) - na nebulosa de Órion.

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