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Multi object spectrometer with an array of superconducting integrated circuits

Description du projet

Innovation en matière de décalage vers le rouge pour l’analyse du fond diffus infrarouge

Récemment, une découverte passionnante a été faite grâce aux instruments submillimétriques de l’observatoire spatial Herschel. Ces instruments ont révélé la présence de milliers de galaxies submillimétriques, dont l’émission collective contribue à ce que l’on appelle le fond diffus infrarouge. Il est toutefois difficile de déterminer avec précision la distance ou l’âge de ces galaxies. C’est dans cette optique que le projet MOSAIC, financé par le CER, développera un nouvel instrument spécialement conçu pour mener des enquêtes sur les décalages vers le rouge. L’innovation clé de ce projet est la mise en œuvre d’un spectromètre multi-objets doté d’un réseau de circuits intégrés supraconducteurs. Il comprendra un spectrographe à champ intégré 3D équipé d’un réseau 2D de 25 pixels stratégiquement positionnés pour couvrir le plan focal réimagé de l’observatoire.

Objectif

Recent sub-millimeter instruments on the Herschel Space Observatory, operational from 2009-2013, have discovered thousands of sub-millimeter galaxies, whose combined emission forms the cosmic infrared background. A major challenge is to measure their distance, or age, by determining their redshifts, which also has to be based on the sub-millimeter signals (because they do not have an optical counterpart).

I propose to develop a new redshift survey instrument, using recent progress in superconducting nanotechnology, which can spectrally resolve a large fraction of the cosmic infrared background from the ground. The instrument is a Multi-Object Spectrometer with an Array of superconducting Integrated Circuits. It consists of a 3D integrated field spectrograph with a 2D array of 25 pixels sparsely filling the re-imaged focal plane of the observatory. For each pixel the instrument measures the radiation spectrum in a 325-905 GHz window with a resolution R=F/δF=500. Additionally the beam of each pixel can be steered electrically to lock onto an individual astronomical object. This allows fast, high accuracy redshift determination of 25 objects simultaneously by measuring the frequency shift of the CII and CO lines. I will develop the instrument, build it, install it on the 10 m Japanese ASTE observatory in Chile and facilitate its use.

MOSAIC will be fully based on novel superconducting circuits: a broad-band antenna with electrical beam steering and an on-chip spectrometer, combined on a single chip. The design of the instrument is based on recent developments in superconducting nanotechnology, for signals in the GHz to THz range, in which I am currently playing a leading role. The instrument will be developed with a team of experts in the fields of antennas, spectrometer and readout electronics.

Régime de financement

ERC-COG - Consolidator Grant

Institution d’accueil

STICHTING NEDERLANDSE WETENSCHAPPELIJK ONDERZOEK INSTITUTEN
Contribution nette de l'UE
€ 2 400 894,00
Adresse
WINTHONTLAAN 2
3526 KV Utrecht
Pays-Bas

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Région
West-Nederland Utrecht Utrecht
Type d’activité
Research Organisations
Liens
Coût total
€ 2 400 894,00

Bénéficiaires (1)