Instrumentación
El conjunto de instrumentos del GTM se compone de cámaras
bolométricas de banda ancha y arreglos heterodinos, un receptor
de un solo elemento de resolución o pixel y un versátil
espectrómetro autocorrelador digital multi-propósito.
Algunos de los instrumentos, como SEQUOIA o AzTEC, ya están
terminados y se han instalado y probado con éxito en otros
telescopios (sub)milimétricos, como el 14 m del Five College
Radio Astronomical Observatory (FCRAO), o el telescopio de 15 m James
Cler K Maxwell (JCMT), respectivamente. Además de los
intrumentos de primera luz, que se detallan a continuación, se
está desarrollando una nueva generación de instrumentos
que hace uso de los últimos avances tecnológicos para
dotar al GTM de un conjunto de receptores todavía más
potente, que se instalará en los primeros años de
operaciones científicas del telescopio.
Se puede encontrar información adicional sobre el programa de
instrumentación del GTM en las páginas del
Laboratorio de Instrumentación en Ondas Milimétricas
y el
Laboratorio de
Detectores de Continuo del FCRAO.
Proyectos de desarrollo del INAOE pueden encontrarse en la liga del
Grupo de TecnologĂas Emergentes de Microondas.
Instrumentos heterodinos
SEQUOIA
SEQUOIA es un arreglo criogénico de plano focal que cuenta con
32 pixeles de polarización doble, distribuidos en paneles de 4
x 4, alimentados por cornetas cuadradas separadas por
2
fλ. El arreglo se ha diseñado para que opere en
el intervalo de 85 a 115.6 GHz a 18 K. Los preamplificadores del
arreglo son circuitos integrados de microondas monolíticos de
fosfato de indio (InP), diseñados en UMass-Amherst, con ruido
por debajo de los 55 K en el intervalo de 85 a 107 GHz, alcanzando los
90 K a 116 GHz.
El buscador de
corrimientos al rojo
Se trata de un receptor novedoso diseñado para cubrir
instantáneamente la banda atmosférica de 90 GHz en una
sola sintonización, con tecnología de amplificadores de
microondas monolíticos de banda ancha como los que usa
SEQUOIA. El receptor cuenta con cuatro pixeles dispuestos en una
configuración de doble haz y doble polarización, y
alcanza temperaturas de ruido tan bajas como < 50 K en la banda de 75
a 111 GHz. Los haces con polarizaciones ortogonales se combinan en
transductores ortomodales basados en guías de onda. El
intercambio de haces en el cielo se efectúa gracias a un
interruptor polarimétrico de rotación Faraday y una red
de alambre frente a las cornetas. Debido a que este intercambiador
no tiene componentes mecánicas móviles, el buscador de
corrimientos al rojo tendrá una estabilidad excepcional en las
líneas de base, apropiada para la detección de la
escalera de transiciones del CO que emiten las galaxias en
formación a distancias cosmológicas. El
espectrómetro en el que se recibe la señal es un
autocorrelador analógico innovador que cubre toda la ventana
de 36 GHz con una resolución de 31 MHz, lo que equivale a 100
km/s a 90 GHz.
El
receptor de 1mm
Cubrirá la banda
atmosférica de 210-275 GHz con un solo pixel
superconductor-aislante-superconductor de doble polarización.
El receptor tendrá alta sensibilidad ya que usará un
esquema de separación de bandas laterales. En cada
polarización se contará con 8 GHz de ancho de banda
efectivo, con una temperatura de sistema menor que 100 K. El receptor, actualmente en desarrollo, se utilizará en la etapa de
instalación y pruebas del GTM.
El
espectrómetro de banda ancha
Los detectores heterodinos utilizarán el espectrómetro
genérico del GTM. Se trata de un sistema autocorrelador digital
de banda ancha, capaz de tomar hasta 64 entradas y producir espectros
en diversas combinaciones del ancho de banda total y resolución
espectral. El espectrómetro del GTM se acoplará a
sistemas como SEQUOIA, a sistemas de un solo pixel y a otros sistemas,
como los arreglos de plano focal de gran formato que se planean a
futuro. Los espectrómetros de autocorrelación son un
recurso habitual cuando se requiere de un sistema flexible para
diferentes modos de observación, como son el intercambio de
posiciones, frecuencias, haces, o cartografía de
barrido, y para optimizar los resultados de programas científicos
diversos. El espetrómetro autocorrelador del GTM se ha
diseñado para que ofrezca combinaciones de resoluciones
espectrales δv ~ 0.01 - 100 km/s y
anchos de banda δv ~ 20 - 10000
km/s.
Instrumentos de continuo
AzTEC
AzTEC es una cámara milimétrica de 144 pixeles que opera
a 1.1 y 2.1mm. La radiación se acopla a bolómetros de
tela de araña de Si-Ni, dispuestos en paquetes hexagonales
compactos, y alimentados por un arreglo de cornetas separadas por 1.4
fλ. El dispositivo obtiene imágenes
completamente muestreadas mediante movimientos del telescopio o del
espejo secundario.
Los detectores se enfrían a ~250 mK dentro de un criostato de
3He de ciclo cerrado, con tres etapas. El
campo de visión de AzTEC en el GTM es 2.4 minutos de arco
cuadrados. Tiene una sensibilidad por pixel de ~3 mJy
Hz-1/2 y el ancho a media altura del haz a
1.1mm es de 6 segundos de arco. AzTEC
imprimirá una velocidad de cartografía extraordinaria
de 0.36
grados2/hr/mJy2.
AzTEC se ha instalado y probado con éxito en el JCMT en junio
del 2005, y ha ejecutado un programa extensivo de observaciones
científicas en noviembre y diciembre del 2005 como instrumento invitado.
La cámara AzTEC se ha construido en UMass-Amherst en
colaboración con el equipo intrumentalista de Bolocam. En la página de AzTEC se
puede encontrar información más detallada acerca del
instrumento y su programa científico abierto a la competencia
de tiempo.
SPEED
La cámara que medirá las distribuciones espectrales de energía,
SPEED, es el prototipo de una futura cámara de campo amplio que utilizará
bolómetros de frecuencia selectiva. SPEED está configurada
como un arreglo
de 2 x 2 elementos de imagen o pixeles, donde cada uno alberga 4
bolómetros que operan a 2.1, 1.3, 1.1 y 0.85 mm,
respectivamente. A diferencia de
los bolómetros de banda ancha tradicionales, que requieren
filtros externos para definir la banda del detector, los de frecuencia
selectiva usan un filtro de interferencia cuasi óptico como
absorbedor de potencia.
Usándolos en cascada y sintonizándolos a
diferentes frecuencias de absorción, es posible crear un pixel
multi-frecuencia instantáneo compacto.
Los 16 termistores se enfrían a 250 mK mediante un
refrigerador de
3He, y se leen con un multiplexor superconductor
de 1 x 8 desarrollado por el Instituto Nacional de
Estándares y Tecnología (NIST). La sensibilidad
de los elementos de detección de SPEED varía entre 1 y 3 mJy Hz
-1/2 entre 2.1 y 0.85mm.
SPEED es fruto de una colaboración entre UMass-Amherst,
NASA/GSFC y la Universidad de Chicago. Se espera que SPEED pase la
fase de instalación y pruebas en algún telescopio de
10-15m en el año 2006.
