加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院的研究人员开发出一种超灵敏的光探测系统,使天文学家能够以极好的细节观察星系,恒星和行星系统。

该系统在室温下工作 - 这是对类似技术的改进,仅适用于接近零摄氏度270度或零下454华氏度的温度。今天在自然天文学杂志上发表了一篇详细介绍这一进展的论文。

传感器系统检测电磁波谱的太赫兹波段中的辐射,其包括远红外和微波频率的部分。

该系统可以产生超高清晰度的图像,并且可以检测宽光谱范围内的太赫兹波 - 比仅在窄光谱范围内检测到这种波的现有技术提高至少10倍。其广泛的能力使其能够进行目前需要几种不同仪器的观测。它通过查看是否存在各自的光谱特征来识别哪些元素和分子(例如,水,氧,一氧化碳和其他有机分子)存在于那些空间区域中。

“观察太赫兹频率使我们能够看到我们在光谱的其他部分看不到的细节,”加州大学洛杉矶分校电气和计算机工程教授Mona Jarrahi说。“在天文学中,太赫兹射程的优势在于,与红外和可见光不同,太赫兹波不会被围绕这些天文结构的星际气体和尘埃所掩盖。”

Jarrahi说,这项技术在天基观测站中尤其有效,因为与地球不同,可以在不受大气干扰的情况下探测到太赫兹波。

该系统可以帮助科学家们收集关于天文物体和结构的组成以及它们如何形成和死亡的物理学的新见解。它还可以帮助回答有关它们如何与恒星和星系之间存在的气体,尘埃和辐射相互作用的问题,并且它可以揭示有关水或有机分子的宇宙起源的线索,这些线索可以指示行星是否适合生命。

该系统还可以在地球上使用,以检测有害气体以进行安全或环境监测。

新系统的关键在于它如何将传入的太赫兹信号转换为易于处理的无线电波,这些信号不易被标准科学设备感知和分析。

现有系统使用超导材料将太赫兹信号转换成无线电波。但是为了工作,这些系统使用专门的液体冷却剂来保持这些材料处于极低温度,接近绝对零度。在地球上对设备进行过冷却是可行的,但是当传感器被放置在航天器上时,它们的寿命受到船上冷却剂量的限制。此外,由于航天器的重量非常重要,因此携带设备所需的额外磅数的冷却剂可能会有问题。

加州大学洛杉矶分校的研究人员创造了一种解决冷却剂和相关重量问题的新技术。他们的设备使用光束与具有金属纳米结构的半导体材料内的太赫兹信号相互作用。然后,系统将输入的太赫兹信号转换成无线电波,由系统读取并由天体物理学家解释。