Ver-infraroodastronomie is een relatief jong vakgebied dat het heelal observeert bij golflengten tussen 0,1 en 3 mm. In tegenstelling tot zichtbaar licht dringt deze straling door de stofwolken die babyplaneten omringen tijdens hun vormingsproces. Waarnemingen in het verre infrarood zijn daarom cruciaal om te begrijpen hoe planeten, sterren en sterrenstelsels ontstaan en evolueren.
Terwijl wolken in de ruimte transparant zijn voor ver-infrarood, geldt het tegenovergestelde voor de aardse atmosfeer. Waterdamp absorbeert het meeste, dus moeten telescopen worden gebouwd op hoge en droge locaties zoals bergen in de woestijn. Hoewel grote fracties van de straling zelfs op die locaties het aardoppervlak niet bereiken. Uiteindelijk biedt de ruimte de beste waarnemingsomstandigheden.
KID-arrays voor beeldvorming
Microgolf Kinetische Inductie Detectoren (MKID’s) combineren gevoeligheid met de mogelijkheid om grote detector arrays te bouwen. We ontwikkelen deze technologie in nauwe samenwerking met de TU Delft. MKID’s zijn gebaseerd op een supergeleidend metaal waarvan de elektrische weerstand verdwijnt wanneer het wordt afgekoeld tot lage temperaturen dicht bij het absolute nulpunt. Om gebruik te maken van deze eigenschap houden we onze MKID’s rond een temperatuur van 0,1 graden boven nul-0,1 Kelvin. Wanneer een lichtstraal de detector raakt, warmt het metaal op en verandert de supergeleidende toestand. Dit beïnvloedt de elektrische stroom die er doorheen loopt, wat we waarnemen in het uitleessignaal. MKID’s zijn ideaal om in een grote array te koppelen omdat ze gemakkelijk in één keer uit te lezen zijn. Om onderscheid te maken tussen pixels geven we elke detector een iets andere lengte zodat hun uitleessignaal een andere frequentie heeft.
Figuur 1. (links): Scanning electron micrograph, met kunstmatige kleuring, van de SRON hybride antenne gekoppelde MKID. De inzet toont een beeld van enkele kleine lenzen. (Rechts): principe van grote MKID-beeldvormingsarrays voor submm-astronomie. Het bovenste paneel toont de gemeten transmissie door de uitleeslijn, met ~900 resonantiedips, één voor elke MKID-detector.
SRON MKID’s
De door SRON ontwikkelde MKID’s behoren tot de gevoeligste ter wereld. Ze zijn geselecteerd als detectortechnologie voor NASA’s POEMM ballontelescoop. Ook maken ze deel uit van NASA’s PRIMA-satelliet, die zich momenteel in de voorstudiefase bevindt.
Figuur 2. SRON MKID’s zijn met succes ingezet op het tweekleuren AMKID-instrument op APEX, in een project geleid door het Max Planck Institute für Radioastronomy in Bonn, met meer dan 3000 pixels op 350 GHz en 21.000 pixels op 850 GHz. Deze foto toont een van de vier AMKID-detectorarrays met 896 pixels voor stralingsdetectie op 350 GHz. Alle pixels zijn gemultiplexed op een enkele uitleesketen, vandaar de twee connectoren (in en uit) aan de linkerkant.
Figuur 3 (links): elektronenmicroscoop van een KID die gemaakt is in de cleanrooms van SRON Leiden en in de Kavli cleanroom in Delft. Rechts: dwarsdoorsnede van een geassembleerde KID.
Figuur 4 (links): houder met een kleine, operationele, KID-detector array ontworpen voor 7,5 THz; het ingezoomde gebied toont de lenzenarray van Veldlaser die met micrometerprecisie is uitgelijnd (en gelijmd) bovenop de wafer met de KID-detectoren. Rechts: ruisprestatie bij 1,5 THz van een KID, met een ruisniveau van 3 10-20 Hz/Hz0,5.
