Onderzoekers van onder meer Sron en de TU Delft hebben aangetoond dat het mogelijk is om een supergevoelige ruimtecamera te maken voor ver-infrarood-sterrenkunde. Binnen het Spacekids-project bouwden ze van 961 kinetic inductance detectors (kid’s) een chip voor in zo’n camera, die voldoet aan de strenge eisen van sterrenkundigen voor betrouwbaarheid en gevoeligheid. Bovendien is het systeem bestand tegen omstandigheden in de ruimte zoals kosmische straling.
Astronomen wereldwijd kijken reikhalzend uit naar een ruimtetelescoop met een hogeresolutiecamera die gevoelig is voor ver infrarood. Ongeveer de helft van alle energie uit het universum bereikt ons via deze straling. Door in het bijbehorende (terahertz-)frequentiegebied te meten, kunnen we hele koele en ver gelegen delen van het heelal beter zien. Vanaf de aarde belemmert de atmosfeer ons ver-infraroodzicht.
Kid’s zijn extreem gevoelig voor ver infrarood. Bovendien is het in principe relatief eenvoudig om hiermee veel pixels op een enkele chip te maken en uit te lezen. Grondtelescopen gebruiken de detectoren al enkele jaren, maar het Spacekids-project heeft voor het eerst aangetoond dat ze goed toepasbaar zijn in een ruimtetelescoop.
Sron, de TU Delft en consorten zagen zich daarbij voor een aantal extra uitdagingen gesteld. Kid’s zijn zo bijzonder gevoelig dankzij supergeleidende eigenschappen die alleen optreden bij extreem lage temperaturen. Daarom maakten de onderzoekers in Utrecht een testomgeving met een temperatuur bijna bij het absolute nulpunt (100 mK).
Een andere uitdaging is de sprong in gevoeligheid die de camera moet maken ten opzichte van voorgangers. Hij moet een factor honderd gevoeliger zijn dan vergelijkbare, op aarde gebruikte camera’s, voordat de internationale gemeenschap er een speciale ruimtetelescoop voor wil bouwen en lanceren. Dat betekent een array van rond de duizend pixels.
Als ze dicht op elkaar in één array zitten, kunnen de pixels elkaar gaan beïnvloeden (overspraak). De veelheid aan verbindingen op de chip kan bovendien voor ongewenste warmte zorgen bij de detectoren. Dit hebben de onderzoekers opgelost door de pixels uit te lezen via één dradenpaar (multiplexing). De elektronica hiervoor heeft Sron ontwikkeld in samenwerking met Aimvalley uit Hilversum, de benodigde lensarrays met Veldlaser uit ’s-Heerenberg.
Metingen tonen aan dat het kid-arraysysteem voor 0,9 THz volwassen genoeg is voor toepassing in een ver-infrarood-missie. Onderzoekers van Sron en de TU Delft zijn ook al een eind met de volgende stap: een kid met antenne voor in een array bóven de 1,0 THz, een golflengtegebied dat rijk is aan sterrenkundige informatie. Als eersten hebben ze pixels ontwikkeld die elke frequentie tussen 1,4 en 2,8 THz kunnen meten.