El receptor más productivo de ALMA pronto verá más lejos que nunca
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El receptor más productivo de ALMA pronto verá más lejos que nunca

17 diciembre, 2021 / Tiempo de lectura: 7 minutes

La National Science Foundation (NSF) de los Estados Unidos y el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) aprobaron un multimillonario proyecto de actualización que aumentará la sensibilidad, la distancia de visión y claridad de imagen para los receptores de 1,3 mm (Banda 6) del observatorio. Los receptores, originalmente construidos y que serán mejorados por el Laboratorio Central de Desarrollo (CDL) en el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO), son los más productivos, desde el punto de vista científico, en la gama de ALMA. Lanzada en 2021 a través del Programa de Desarrollo de ALMA de Norteamérica, la Fase 1 del proyecto tiene como objetivo producir un prototipo de receptor para 2026 que permitirá a NRAO planificar la construcción de un conjunto de receptores de Banda 6 completamente mejorados para ALMA a un costo de $ 7,68 millones de dólares. Estos nuevos receptores Band 6v2 aumentarán la cantidad y calidad de la ciencia medida en longitudes de onda entre 1,4 mm y 1,1 mm.

Crystal Brogan, científica del programa ALMA-Norteamérica y coordinadora del programa de desarrollo de ALMA en NRAO, dijo que para los científicos, la actualización que se llevará a cabo durante una década desde el diseño hasta su finalización, proporcionará tres importantes mejoras:  La cobertura de la longitud de onda de cualquier observación será más del doble, lo que permitirá que se observen muchas más líneas espectrales a la vez. Además, la actualización aumentará el rango de longitud de onda general accesible por el receptor y mejorará su sensibilidad, lo que reduce el tiempo de observación requerido. Según Brogan, «esto significa que la comunidad científica puede observar una selección más amplia de transiciones de línea de diagnóstico simultáneamente con una mayor sensibilidad que nunca, lo que lleva a resultados científicos más precisos y eficientes».

La actualización de la Banda 6 es parte de la ambiciosa «Actualización de Sensibilidad de Banda Ancha ALMA2030″, que busca al menos duplicar y eventualmente cuadriplicar el ancho de banda correlacionado de las antenas del observatorio. Banda 6v2 será el primer receptor actualizado como parte de la Hoja de Ruta de Desarrollo ALMA 2030. Brogan explicó que se eligió este receptor para la primera actualización porque “laBanda 6 es actualmente la más popular de ALMA en términos de la cantidad de horas propuestas para cada ciclo. Vemos más publicaciones de ALMA que informan resultados de esta banda que cualquier otra en cada ciclo de observación».

Tecnológicamente, el extenso proyecto incluye actualizar o reemplazar prácticamente todos los subsistemas críticos de los receptores, incluidas las antenas de bocina de alimentación, los separadores de polarización (también denominados transductores de ortomodo u OMT), mezcladores y amplificadores y osciladores locales.

La actualización incluye varias tecnologías nuevas o mejoradas resultantes de la colaboración de NRAO con el Laboratorio de Innovaciones en Fabricación (IFAB) de la Universidad de Virginia (UVA). Bert Hawkins,director del CDL dijo que “nuestro trabajo con UVA incluye el desarrollo de un nuevo mezclador SIS superconductor en el corazón del nuevo receptor que amplía el rango de longitud de onda al que será sensible el receptor, aumentando así las capacidades científicas de la Banda 6. También estamos trabajando juntos para desarrollar una nueva clase de acopladores híbridos superconductores que se utilizan dentro del receptor para separar las bandas laterales de la señal. Además de nuestro trabajo con UVA, nuestros equipos internos están mejorando innumerables tecnologías como el grupo de amplificadores de bajo ruido que está desarrollando una nueva generación de amplificadores refrigerados criogénicamente basados en un transistor disponible a nivel comercial».

Hawkins agregó que “el receptor de Banda 6 original fue diseñado hace más de 20 años. Desde entonces, la National Science Foundation ha invertido en mejorar la tecnología del receptor de ondas milimétricas a través de NRAO. Este esfuerzo ha valido la pena, y ahora, al aprovechar la tecnología desarrollada en CDL y con nuestros socios en la Universidad de Virginia, esta actualización responde al llamado de la Hoja de Ruta de Desarrollo ALMA2030 para aumentar el ancho de banda y la cobertura de longitud de onda de los receptores ALMA al tiempo que mejora la sensibilidad». Además de continuar una asociación de larga data con UVA, la actualización permitirá al programa ALMA Norteamérica aprovechar su relación existente con la Iniciativa de Fabricación Avanzada en Piedmont Virginia Community College (PVCC), brindando a los estudiantes experiencias prácticas como microensamblajes y soldadura de alambres, el uso de pequeñas radios definidas por software para medir y caracterizar el espectro electromagnético, mediciones de alta frecuencia y mediciones criogénicas de electrónicas.

«La colaboración internacional de ALMA tiene una clara visión del futuro de la radioastronomía, y la actualización de Banda 6v2 es la primera de una larga lista de actualizaciones que traerán una sensibilidad incomparable a este ya inmensamente poderoso observatorio», dijo Tony Beasley, Director. de NRAO. “LaBanda 6 original se convirtió rápidamente en el receptor científicamente más productivo de ALMA debido a sus capacidades. Con esta actualización del CDL, Banda 6v2 mantendrá ese puesto en ALMA durante los próximos años».

El director de ALMA, Sean Dougherty, agregó que “es muy emocionante contar con esta actualización al sistema receptor más productivo de ALMA. Aparte de las nuevas y fenomenales capacidades científicas, ALMA podrá realizar observaciones mucho más rápido, ya que los nuevos receptores serán más sensibles. Esto aumentará sustancialmente la cantidad de observaciones de alta calidad que podremos entregar a la comunidad».

El Programa de Desarrollo ALMA de Norteamérica está financiado por NSF y el Consejo Nacional de Investigación de Canadá. «Estas actualizaciones de Banda 6v2 apuntan a la fantástica capacidad de realizar mejoras a medida que avanza la tecnología», dijo el Dr. Joe Pesce, oficial de programas de ALMA en la NSF;»las nuevas capacidades científicas posibilitadas por las actualizaciones permitirán a ALMA permanecer a la vanguardia de la ciencia».

Información adicional

ALMA es una asociación entre ESO (en representación de sus estados miembros), NSF (EE.UU.) y NINS (Japón), junto con NRC (Canadá), MOST y ASIAA (Taiwán), y KASI (República de Corea del Sur), en cooperación con la República de Chile. El Joint ALMA Observatory es operado por ESO, AUI/NRAO y NAOJ.

Imágenes

Detrás del plato de cada antena de ALMA se encuentra uno de estos dispositivos llamados Front-End, contenedores refrigerados que contienen el conjunto de receptores de última generación. Cada receptor se fabricó a mano en uno de los tres laboratorios diferentes en el mundo. Fueron reunidos para ser ensamblados en esta unidad criogénica y enviados a Chile para su instalación dentro de cada una de las 66 antenas de ALMA. Crédito: P. Carrillo, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Detrás del plato de cada antena de ALMA se encuentra uno de estos dispositivos llamados Front-End, contenedores refrigerados que contienen el conjunto de receptores de última generación. Cada receptor se fabricó a mano en uno de los tres laboratorios diferentes en el mundo. Fueron reunidos para ser ensamblados en esta unidad criogénica y enviados a Chile para su instalación dentro de cada una de las 66 antenas de ALMA. Crédito: P. Carrillo, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Patricio Escarate, técnico (criogenia y vacío). © Max Alexander (ESO)
Patricio Escarate, técnico (criogenia y vacío). © Max Alexander (ESO)
Esta imagen muestra dos cartuchos receptores creados para ALMA. Las antenas de ALMA recogen señales extremadamente débiles del espacio y las enfocan en los receptores, que transforman la débil radiación en una señal eléctrica. © (ESO)
Esta imagen muestra dos cartuchos receptores creados para ALMA. Las antenas de ALMA recogen señales extremadamente débiles del espacio y las enfocan en los receptores, que transforman la débil radiación en una señal eléctrica. © (ESO)

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