Svenskt bidrag är redo för världens största radioteleskop

Det känsliga matarhornet – med en öppning på nästan en meter i diameter – ska hjälpa astronomer att berätta universums historia. Det har byggts på Onsala rymdobservatorium vid Chalmers och ska nu testas i Kanada. Så småningom kommer det att ingå ett sådant horn i vart och ett av de nästan 200 parabolantenner som placeras ut i Sydafrika under SKA:s första utbyggnadsfas.

Om några år byggs radioteleskopet Square Kilometre Array (SKA) i Sydafrika och Australien. Sedan 2012 representeras Sverige i projektets konstruktionsfas av Onsala rymdobservatorium.

15 meter breda parabolantenner i Karoo-öknen
Den delen av teleskopet som placeras i Sydafrika ska bestå av hundratals 15 meter breda parabolantenner i den avlägsna Karoo-öknen. Nu pågår ett intensivt arbete världen över för att utveckla och testa teleskopets olika delar. Antenner, matarhorn och mottagare behövs alla för att fånga upp radiovågor från världsalltet.

SKA väntas kunna göra mätningar som överträffar alla dagens radioteleskop. Med SKA hoppas astronomer bland annat kunna kartlägga hur de första galaxerna bildades för över 13 miljarder år sedan.

– Matarhornet är vårt hittills största och viktigaste bidrag till SKA. Varje parabolantenn ska få ett sådant horn, och hornet är en av parabolens viktigaste beståndsdelar. I det förenar vi nanoteknik och precisionsinstrumentering, säger Miroslav Pantaleev, som leder arbetet med teknik för SKA i Onsala.

An artist’s impression of the completed Phase 1 of the SKA in South Africa’s Karoo Desert. (Credit: SKA Organisation)

Det mäktiga hornet förenar storskalig maskinteknik och radiooptisk design – allt för att vara maximalt känslig, men också ekonomisk att massproducera. Hornet har en så kallad quadridge-design, med fyra nockar på insidan, som specialutvecklats av Onsala rymdobservatorium för SKA efter en design som tidigare tagits fram av det sydafrikanska företaget EMSS Antennas.

Teleskopets paraboler samlar in svaga radiosignaler från rymden. Matarhornet gör tillsammans med en toppmodern förstärkare signalerna redo för att kunna analyseras av astronomer.

Fångar in långa radiovågor
Matarhornet har utvecklats för att fånga in de längsta radiovågorna som SKA:s paraboler är känsliga för: mellan 350 och 1050 MHz (30-85 centimeter våglängd; Band 1).

Nu ska hornet testas i Kanada på en antenntyp som har byggts för SKA vid Dominion Radio Astrophysical Observatory (DRAO), som drivs av Kanadas vetenskapsråd NRC, utanför Penticton i delstaten British Columbia.

Förstärkaren har specialutvecklats för just det här projektet av göteborgsföretaget Low Noise Factory i tätt samarbete med Onsala rymdobservatorium och Gigahertz centrum vid Chalmers. Arbetet med förstärkaren presenterades den 26 maj på konferensen International Microwave Symposium 2016 i San Francisco, USA.

Joel Schleeh är ingenjör på Low Noise Factory.

– Förstärkaren utnyttjar nanoteknik för att förstärka radiovågorna med så lite brus som möjligt. Normalt minimeras bruset genom att kyla förstärkaren till några fåtal grader över den absoluta nollpunkten. Vår specialutvecklade förstärkare integreras direkt i hornets matare, vilket betyder att vi kan bibehålla teleskopets känslighet utan att använda någon kylning alls. För SKA kan detta innebära stora besparingar i energi, underhåll och investeringar, säger han.

John Conway är föreståndare för Onsala rymdobservatorium.

– Nu när vi levererar det här matarhornet visar vi att Sverige gör skillnad i SKA-projektet. Vi lägger grunden till att nå nya insikter om vårt universum och våra ursprung i kosmos – och samtidigt öppnar vi möjligheter för spjutspetsteknik från Sverige att nå hela världen, säger han.

Mer om SKA-projektet
Projektet Square Kilometre Array (SKA) är ett internationellt samarbete för att bygga världens största radioteleskop. Det leds av SKA-organisationen med säte vid Jodrell Bank-observatoriet i Storbritannien.

SKA kommer att möjliggöra forskning som blir omvälvande för vår förståelse av universum och fysikens fundamentala lagar, det kommer att bevaka himlen i aldrig tidigare skådad detalj, och kommer att kunna kartlägga den hundratals gånger snabbare än någon anläggning som finns idag.

SKA är inget enskilt teleskop. Istället är det en samling av teleskop, eller antenner, som placeras ut över långa avstånd i uppställningar eller antennmattor. SKA kommer att byggas i två etapper: Fas 1 (som kallas SKA1) i Sydafrika och Australien, och fas 2 (SKA2) som expanderar in i andra afrikanska länder samtidigt som också den australiska delen utökas. SKA-Organisationen har stöd av 10 medlemsländer – Australien, Indien, Italien, Kanada, Nederländerna, Nya Zeeland, Storbritannien, Sverige och Sydafrika. Den har fört samman några av världens bästa forskare, ingenjörer och beslutsfattare, samt fler än 100 företag och forskningsinstitut från 20 länder, för att konstruera och utveckla teleskopet. SKA kommer att börja byggas år 2018 och de första vetenskapliga observationerna väntas år 2020.

Sverige representeras i SKA-organisationen av Onsala rymdobservatorium, den svenska nationella anläggningen för radioastronomi. Observatoriet drivs på uppdrag av Vetenskapsrådet och har Institutionen för rymd- och geovetenskap vid Chalmers som värdinstitution.

SKA:s Dish-konsortium ansvarar för konstruktion och test av parabolen som kommer att utgöra SKA-mid, ett av två instrument i SKA. Konsortiet, som leds av Australien, består av forskningsinstitut från åtta länder, bland dem Sverige.

Mer om forskningen och svensk industri inom SKA-projektet
Förstärkarna för SKA Band 1 beskrivs i forskningsartikeln 10 K Room Temperature LNA for SKA Band 1.

Utöver Low Noise Factory har flera andra svenska företag knutits till projektet för att studera utveckling och masstillverkning av delar som ska ingå i SKA:s teleskop.

Kontaktinformation: Robert Cumming, kommunikatör, Onsala rymdobservatorium, Chalmers,robert.cumming@chalmers.se
Miroslav Pantaleev, chef för elektroniklabbet vid Onsala rymdobservatorium, Chalmers, miroslav.pantaleev@chalmers.se