Ricevitore per banda 2 di Alma. Crediti: Nova/Eso
Partiamo dall’acronimo, anzi, dagli acronimi, perché per descrivere i protagonisti di questa notizia ne occorrono tre, uno in fila all’altro: InGaAs mHemt Mmic. E lo facciamo iniziando dalla fine, dal pezzo finale, poi dai mattoncini che lo formano e per concludere dal materiale con il quale questi mattoncini sono impastati. Mmic sta per circuito integrato monolitico a microonde (monolithic microwave integrated circuit). Il secondo, mHemt, indica i transistor ad effetto di campo metamorfici ad alta mobilità elettronica (metamorphic high-electron-mobility transistors), un tipo di amplificatori particolarmente adatto per dispositivi che lavorano con segnali a frequenze molto elevate. InGaAs è invece una formula chimica e identifica il materiale semiconduttore di cui questi sofisticatissimi transistor sono fatti, una lega ternaria d’arseniuro di indio-gallio. Ebbene, grazie a questi dispositivi unici e realizzati ad hoc – gli InGaAs mHemt Mmics, appunto – due istituti di ricerca tedeschi, il Fraunhofer Iaf e il Max-Planck-Institut für Radioastronomie (Mpifr), sono riusciti a realizzare i nuovi amplificatori a basso rumore (Lna) e ad alte prestazioni per i ricevitori della cosiddetta “banda 2” destinati a completare all’array di radiotelescopi Alma, nel deserto di Atacama, in Cile.
L’array Alma è formato da 66 antenne paraboliche, alcune con diametro di 12 metri e altre di 7 metri, tutte dotate di ricevitori ad alta frequenza per dieci gamme di lunghezze d’onda (le dieci bande di Alma) comprese tra 6-8,6 mm (35-50 GHz, la “banda 1”) e 0,3-0,4 mm (787-950 GHz, la “banda 10”) nello spettro elettromagnetico. La “banda 2”, che copre lunghezze d’onda da 2,6 a 4,5 mm (67-116 GHz), era l’unica ancora mancante. Con i 145 amplificatori a basso rumore ora forniti dallo Iaf e dall’Mpifr, tutte le bande di Alma sono per la prima volta completamente equipaggiate.
Dal punto di vista scientifico, dai dati che Alma raccoglierà osservando il cielo con i ricevitori in banda 2, alla cui realizzazione anche l’Inaf ha dato un contributo fondamentale, i ricercatori sperano di ottenere una migliore comprensione del mezzo interstellare freddo – il cocktail di polvere, gas, radiazione e campi magnetici da cui si formano le stelle. Grazie alle migliori capacità di misurazione sarà inoltre possibile studiare in modo più approfondito le molecole organiche complesse presenti nelle galassie vicine, considerate precursori degli elementi costitutivi della vita, nonché i dischi protoplanetari.
«Le prestazioni dei ricevitori dipendono in gran parte dalle prestazioni dei primi amplificatori ad alta frequenza installati al loro interno», spiega il Fabian Thome, responsabile del sottoprogetto al Fraunhofer Iaf. «La nostra tecnologia è caratterizzata da una temperatura di rumore media di 22 kelvin, un valore che non ha eguali al mondo». Con i nuovi Lna, i segnali possono essere amplificati di oltre trecento volte già nella prima fase. «Ciò consente ai ricevitori di Alma di misurare con maggiore precisione le radiazioni millimetriche e submillimetriche provenienti dalle profondità dell’universo e di ottenere dati migliori. Siamo incredibilmente orgogliosi che la nostra tecnologia Lna ci stia aiutando a comprendere meglio le origini delle stelle e delle galassie».
Una tecnologia messa a punto anche grazie a una collaborazione fra il progetto Erc Ecogal e l’Eso, in particolare per quanto riguarda le attività di test degli Lna. «È stato emozionante contribuire alle fasi conclusive dei test sugli amplificatori di banda 2 di Alma presso la sede dello European Southern Observatory di Garching, iniziati ad aprile 2024. Qui gli amplificatori vengono portati a temperature di pochi kelvin, e ne misuriamo la capacità di amplificare i segnali provenienti dallo spazio aggiungendo un rumore bassissimo», dice a Media Inaf Anna Camisasca, assegnista di ricerca per Ecogal al Dipartimento di fisica e astronomia dell’Università di Bologna.
Infine, una curiosità: fra le tante tecnologie e componenti di frontiera alla base di questi rivoluzionari amplificatori, c’è posto anche per un utensile che più semplice non si potrebbe, fornito direttamente dalla natura e giunto proprio dai luoghi in cui gli Lna verranno spediti per svolgere il loro lavoro. «In mezzo a strumenti di altissima tecnologia necessari per i test», ricorda infatti Camisasca, «per rimuovere le piccole impurità che possono insinuarsi all’interno degli amplificatori utilizziamo aghi di cactus cileni, che non danneggiano né contaminano gli amplificatori».
Guarda su MediaInaf Tv il servizio del 2020 sulla Banda 2 di Alma: