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Neue rauscharme Verstärker für neue Möglichkeiten
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
astronews.com
16. Dezember 2025
Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array in
der chilenischen Atacamawüste gehört mit seinen 66 Teleskopen zu den
leistungsfähigsten Forschungsanlagen der Welt. Durch neu entwickelte, extrem
rauscharme Verstärker bekam ALMA nun ein entscheidendes Upgrade, das den Empfang
von Radiostrahlung mit bisher unerreichter Empfindlichkeit ermöglichen soll.
Einige der 66 Radioteleskope des Large
Millimeter submillimeter Array (ALMA) auf der
Chajnantor-Hochebene in den chilenischen Anden.
Die meisten der Parabolantennen haben einen
Durchmesser von zwölf Metern.
Bild: ESO / C. Malin (christophmalin.com) [Großansicht] |
Das Beobachten von Radiostrahlung aus den Tiefen des Universums ist genau so
spannend wie herausfordernd. Viele Objekte und Phänomene – wie Staubscheiben in
jungen Sternsystemen, komplexe Moleküle oder Magnetfelder in unserer Galaxis –
geben ihre Geheimnisse nur bei diesen für das menschliche Auge unsichtbaren
Frequenzen preis. Ihre Strahlung ist jedoch so schwach, dass man sie nur mit
großem technischen Aufwand registrieren kann und vor der wissenschaftlichen
Analyse zunächst in mehreren Stufen verstärken muss.
Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ein Verbund
aus Radioteleskopen in der chilenischen Atacamawüste, gehört mit 66 Teleskopen
zu den leistungsfähigsten Forschungsanlagen der Welt. Für einen neuen Satz von
Empfängern, die Radiostrahlung mit Frequenzen von 67 – 116 Gigahertz (GHz)
erfassen, konnten Ingenieure des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR)
in Bonn und des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik (IAF) in
Freiburg mit 145 extrem rauscharmen Verstärkern (low-noise amplifiers, LNAs) nun
entscheidende Verbesserungen anstoßen.
Die LNAs bilden die erste und damit entscheidende Verstärkerstufe: "Die
Leistungsfähigkeit von Empfängern hängt maßgeblich von der Performance der
ersten Hochfrequenz-Verstärker ab, die in ihnen verbaut sind", erklärt Fabian
Thome, Leiter des Teilprojekts am Fraunhofer IAF. "Unsere Technologie zeichnet
sich durch eine mittlere Rauschtemperatur von 22 Kelvin aus, die weltweit
unerreicht ist." Mit den neuen LNAs lassen sich die Signale bereits im ersten
Schritt auf mehr als das 300-fache verstärken. Das Herzstück der LNAs sind
integrierte Mikrowellenschaltungen, die das Fraunhofer IAF entwickelt hat.
Die Ingenieure am MPIfR konstruierten die komplexen Gehäuse, die in der
hauseigenen Feinmechanikwerkstatt gefertigt wurden, und führten die hochpräzise
Integration der Mikrowellenschaltungen und Signalleitungen mit einer Genauigkeit
von wenigen Mikrometern aus. Im Anschluss testeten sie jeden Verstärker bei
Temperaturen von 15 Kelvin (etwa -258 Grad Celsius) – die Temperatur, auf welche
die ALMA-Empfänger heruntergekühlt werden müssen.
Die LNAs spielen eine entscheidende Rolle in einer neuen wichtigen Phase für
ALMA: Sie ebnen den Weg für die nächste Generation von Empfängern, die mit
größeren Bandbreiten und erhöhter Empfindlichkeit in den 2030er Jahren zur
Verfügung stehen sollen. "Dies ist eine sehr schöne Anerkennung für unsere tolle
Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IAF, die zeigt, dass unsere Verstärker nicht
nur 'made in Germany', sondern auch weltweit die besten sind", sagt Michael
Kramer, geschäftsführender Direktor am MPIfR.
Die Europäische Südsternwarte (ESO), die ALMA in Kooperation mit weiteren
internationalen Einrichtungen betreibt, beauftragte das MPIfR und das Fraunhofer
IAF gemeinsam mit der Bereitstellung der LNAs. Beide Forschungsinstitute
profitierten dabei von ihrer etwa 20-jährigen Zusammenarbeit, in der dank
gezielter Förderungen und Anstrengungen zusammen Expertise aufgebaut wurde,
welche die Institute weitgehend unabhängig von außereuropäischen Anbietern
macht. Die LNAs sind in ihrem Frequenzbereich weltweit konkurrenzlos und auf dem
europäischen Markt frei verfügbar.
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