Atualização do receptor criogênico de 23GHz

Publicado em 20/03/2024 15h11 Atualizado em 25/03/2024 14h54

Resumo

Para alcançar maiores sensibilidades possíveis, o estágio de alta frequência dos receptores de microondas utilizados em radioastronomia passaram a ser refrigerados a temperaturas da ordem de 18 K utilizando-se sistemas criogênicos de alto vácuo e baixas temperaturas. Utilizando-se técnicas de criogenia foi possível alcançar temperaturas de receptor menores que 80 K mesmo operando em frequências altas (acima de 50 GHz). Em meado dos anos 90 o Radio Observatório do Itapetinga, adquiriu do National Radioastronmical Observatory (NRAO) um receptor criogênico operando na banda de 21,7 a 23,6 GHz equipado com amplificadores cujas temperaturas de ruído eram da ordem de 50 K. Em função da existência de componentes eletrônicos mais modernos e da necessidade de atualização do antigo receptor, a unidade criogênica de alta frequência passou por uma fase de atualização. Foi feita a troca da bomba criogênica, que apresentava sinais de contaminação por vapor d' água e outros gases, além de apresentar problemas mecânicos.
Também foram trocados os amplificadores de alta frequência, por unidade criogênicas desenvolvidos no NRAO. A substituição desses componentes foi uma operação delicada, realizada num ambiente apropriado (sala limpa). Testes preliminares, em laboratório, mostraram um desempenho adequado do receptor mesmo em temperatura ambiente (180 K de Tsystem, podendo ser inferior a 100 K quando refrigerado). Por suas características, esse receptor é dedicado a espectroscopia, particularmente na banda de 21,7 a 24 GHz. Nessa banda de frequências ocorrem várias transições de moléculas como amônia e água, além de outras moléculas, que podem ser observadas em uma grande variedade de objetos astronômicos como regiões de formações de estrelas, atmosferas de estrelas bem como fontes extragalácticas. Survey de água em InfraRed Dark Clouds (IRDC) utilizando esse receptores, nessa fase de testes, mostram novas detecções de água nessas nuvens. Um exemplo é o espectro de G028.37+0.07, obtido na fase de comissionamento do instrumento. Este será disponibilizado para a comunidade astronômica.

1. Atualização do receptor

: Figura 1: Visão geral do equipamento no saguão de testes e integração do LIT/INPE.Inicialmente foi feita a troca da bomba criogênica, que apresentava sobre-aquecimento.

: Figura 2: Esquerda: Estrutura interna do receptor. Nota-se os dois estágios da bombacriogênica, o LNA e o polarizador. Posteriormente, foram recebidos novos LNAsadquiridos do NRAO, que exigiram delicadas adaptações mecânicas e elétricas.Direita: Foi necessário desmontar praticamente o receptor inteiro para adaptações eatualizações.

2. Criogenia

: Figura 3: Evolução temporal da temperatura e pressão no dewer.

3. Temperatura de ruído de receptor

: Figura 4: Ruído do receptor. Esquerda: A temperatura de ruído do receptor à temperatura ambiente é por volta de 180K, baixando para 120K em criogenia. Direita: Mesmo à temperatura ambiente, o desempenho é melhor que um receptor com LNA comercial.

4. Resultados

: Figura 5: Esquerda: Espectro de amônia de SGR B2. Direita: Espectro de amônia em NGC 6334. Neste caso, pode-se observar as componentes hiperfinas do espectro, o que não acontecia no caso de SGR B2.

: Figura 6: Esquerda: Espectro de água em W51. Direita: Espectro de água em Orion.