El detector de infrarrojo lejano KID alcanza la mayor sensibilidad posible

La astronomía tiene un punto ciego en el área de la radiación infrarroja lejana en comparación con la mayoría de las otras longitudes de onda. Un telescopio espacial de infrarrojo lejano solo puede utilizar toda su sensibilidad con un espejo enfriado activamente a temperaturas inferiores a 4 Kelvin (-269 ℃). Tal telescopio aún no existe, razón por la cual ha habido poca inversión mundial en el desarrollo de los detectores correspondientes.

En 2004, SRON decidió romper este ciclo e invertir en el desarrollo de detectores de inductancia cinética (KID). Ahora, los investigadores de SRON y TU Delft han logrado la mayor sensibilidad posible, comparable a sentir el calor de una vela en la luna desde la Tierra. Su estudio aparece en Astronomía y Astrofísica el 6 de septiembre.

En los últimos años nos han mimado con las imágenes más bellas de los telescopios que trabajan con rayos X, infrarrojos, radio y luz visible. Por nombrar algunos: la imagen del agujero negro en M87, el Campo Profundo Extremo del Hubble o la imagen de bebé de un sistema planetario. Pero en un área de longitud de onda, la astronomía es relativamente ciega: el infrarrojo lejano, especialmente en longitudes de onda entre 300 μm y 10 μm.

La atmósfera de la Tierra bloquea la mayor parte de esta radiación para los telescopios terrestres, mientras que los telescopios espaciales a menudo tienen una temperatura tal que ciegan sus detectores con la radiación infrarroja lejana que ellos mismos emiten. Con tanto ruido, hay pocos incentivos para comprometer grandes sumas de dinero en el desarrollo de detectores infrarrojos lejanos más sensibles. Y con la falta de detectores sensibles, los gobiernos no asignarán fondos a telescopios silenciosos sobreenfriados.

Descubrimiento

A principios de este siglo, SRON decidió romper con el patrón e invertir en el desarrollo de detectores de inductancia cinética (KID). Esa decisión ahora está dando sus frutos. Junto con TU Delft, los investigadores de SRON casi han perfeccionado la tecnología al hacerla lo suficientemente sensible para ver la radiación de fondo permanente del universo.

«Una sensibilidad aún mayor no tendría ningún uso», dice Jochem Baselmans (SRON/TU Delft). «Porque siempre estarás limitado por el ruido de la radiación de fondo del universo. Entonces, nuestra tecnología proporciona a los constructores de telescopios como la NASA y la ESA detectores de infrarrojo lejano tan sensibles como sea posible. Ya vemos dos propuestas enviadas a la NASA para un superenfriado». telescopio. Esos son mucho más caros que los telescopios relativamente cálidos, pero nuestros KID hacen que valga la pena».

Brecha de terahercios

Los KID ayudan a la astronomía a cerrar la brecha de terahercios, llamada así por la frecuencia de la luz infrarroja lejana. Los astrónomos ahora se están perdiendo la luz producida por las estrellas en el universo joven y lejano, dejando un vacío en nuestro conocimiento de la evolución estelar. Además, la brecha de terahercios es una oportunidad única para que los astrónomos aventureros se sumerjan en lo desconocido.

«No sabes lo que no sabes. El campo profundo del Hubble se creó al apuntar el telescopio Hubble a una parte del cielo completamente negra que aparentemente no contenía nada. Luego, surgieron miles de galaxias, de un área más pequeña del uno por ciento de la luna llena», dice Baselmans.

La sensibilidad que los investigadores lograron con sus KID se puede describir mejor con una vela hipotética en la luna. Imagínese de pie en la Tierra, o flotando justo por encima de la atmósfera, y levantando la mano para sentir el calor de la vela. ¿Parece un ejercicio inútil? No para un NIÑO. Es incluso diez veces más sensible que eso. Con un tiempo de integración de un segundo, un KID puede detectar tan solo 3*10^-20 vatios