Empfindlichere Methoden zur Erforschung des frühen Universums
Die heutige Astrophysik kann faszinierende Einblicke in die geheimnisvolle Vergangenheit und Entwicklung dieses Universums liefern. Große Fortschritte wurden bereits gemacht, indem das schwache Glühen des sehr heißen Gases im frühen Universum nach dem Urknall sowie Schwarze Löcher nachgewiesen wurden, was mit bisherigen Technologien noch nicht gelungen war. Diese elektromagnetische Strahlung kann nur mit hochempfindlichen Instrumenten detektiert werden. So werden etwa spezielle Detektoren benötigt, die bei extrem niedrigen Temperaturen und mit minimalem Rauschen arbeiten. Das EU-finanzierte Projekt E-SQUID (Development of SQUID-based multiplexers for large infrared-to-X-ray imaging detector arrays in astronomical research from space) sollte nun die optimale Lösung für das Auslesen solcher Detektoren entwickeln. Die Hauptaufgabe bestand darin, die ersten Prototypen der Auslesetechnik auf SQUID-Basis (supraleitendes Quanteninterferenzgerät) zu entwickeln. Anwendungen einer solchen Technologie, die im Weltraum wie auch in Bodenstationen eingesetzt werden kann, waren bislang jedoch selten, und die EU wurde von den Vereinigten Staaten in diesem Bereich inzwischen überholt. Alle Partner des E-SQUID-Projekts waren führende Entwickler der SQUID-Technologie in Europa mit internationaler wissenschaftlicher Spitzenkompetenz in Astrophysikforschung und Geräteentwicklung. Zunächst definierte das Team Systemanforderungen für Instrumente im Frequenzbereich Röntgen-, Optik- und Ferninfrarotstrahlung. Dabei orientierte man sich an den wissenschaftlichen Zielen der tatsächlichen Missionspläne oder Instrumentenstudien. Referenzen waren das Atacama-Pathfinder-Experiment (APEX) für den entfernten Infrarotbereich, die Videokamera S-Cam 3 im optischen Bereich und das Röntgen-Mikrokalorimeter-Spektrometer (XMS) für die Athena-Mission. Für die Multiplextechnologie, die für solche kryogenen Detektoren benötigt wird, wurde intensiver Forschungsaufwand betrieben. Die Auswahl erfolgte anhand der Anzahl an Signalen, die gleichzeitig in einem komplexen Signal übertragen werden kann, das dann decodiert wird. Danach sollte das E-SQUID-Team Prototypen für die Back-End-Elektronik und Verdrahtung mit den kryogenen Sensoren entwickeln und bauen und Prototypen für neue SQUID-Multiplexer produzieren. Aus dem E-SQUID-Projekt ging eine neue Hochleistungs-SQUID-Schaltung hervor, die Detektorarrays mit 2 x 32 Elementen bündelt. Die Markteinführung der neuen Technologie fördert die europäische Unabhängigkeit und Wettbewerbsposition in der Weltraumforschung. Anwendungen wären etwa die Überwachung menschlicher Aktivitäten vom Weltraum aus, wie Brandlöschung und Raketenstarts.
Schlüsselbegriffe
Frühes Universum, E-SQUID, Multiplexer, Bildgebungsdetektor, kryogener Detektor