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Universität zu Köln
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Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Fachgruppe Physik

I. Physikalisches Institut

New Multi-pixel Receiver upGREAT for SOFIA

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After several years of development the first multi-pixel extension of the GREAT (German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies), named the upGREAT low frequency array (LFA), was put into operation on SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy). As developer of the superconducting mixers, observation software and resources for testing, operation and data analysis the I. Physikalisches Institut of the Universität zu Köln is a significant contributor to upGREAT, which is built and operated by a consortium of German institutions lead by the Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn.

upGREAT in its final development stage will feature 14 pixels of the LFA at 1900 GHz for, amongst others, observation of the [C II] fine structure transition of the ionized carbon atom, and 7 additional pixels with the high frequency array (HFA) targeting the [O I] fine structure transition of atomic oxygen at 4745 GHz. upGREAT being a heterodyne receiver provides very high spectral resolution data with each pixel, allowing the analysis of the complete velocity structure of the astronomical sources. In comparison to the single pixel receivers of GREAT the significant increase of pixel numbers leads to an overall much improved observational efficiency, which is beneficial for mapping of extended astronomical sources.

Besides the primary goal to collect valuable engineering data and determine the operational parameters and instrument efficiency of the LFA, we were able to record a wealth of high quality astronomical data during the commissioning flights. This data will be further analysed for subsequent publication.

At the I. Physikalisches Institut the hardware and software development for upGREAT as well as its operation are funded through grant 50-OK-1103 of the German Aerospace Center DLR as well as the Collaborative Research Center SFB956.

SOFIA is a bilateral US-German project that is managed by the NASA and DLR. Members of the upGREAT consortium are the Max Planck Institute for Radioastronomy Bonn (PI), the Kölner Observatorium für Submm Astronomie (KOSMA) at the I. Physikalisches Institut, and the DLR Institute for Planetary Research Berlin.

Further information:
DLR Nachrichten: upGREAT – a new far-infrared spectrometer for SOFIA
Informationsdienst Wissenschaft (idw): Erster erfolgreicher Einsatz von upGREAT (German language)
Max Planck Institute for Radio Astronomy: First Successful Mission of upGREAT
Kölner Wissenschaftsrunde: “upGREAT” für die fliegende Sternwarte SOFIA (German language)
SOFIA Science Center
Deutsches SOFIA Institut
Terahertz Detector Development at the I. Physikalisches Institut

Image credits: Robert Simon, Patrick Pütz (University of Cologne)

(fsc 2015-06-05, ppü 2015-07-10)

 

Neuer Mehrpixel-Empfänger upGREAT für SOFIA

Nach mehrjähriger Entwicklungszeit ist die erste Mehrpixel-Erweiterung des Heterodyn-Empfängersystems GREAT (German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies), das upGREAT low frequency array (LFA) am fliegenden Observatorium SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) erfolgreich zum Einsatz gekommen. Das I. Physikalische Institut der Universität zu Köln ist im Rahmen eines Konsortiums deutscher Institutionen, geführt vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, maßgeblich als Entwickler der supraleitenden Mischer, der Beobachtungssoftware und der Planung, Durchführung und Auswertung der astronomischen Beobachtungen beteiligt.

upGREAT wird in seiner finalen Ausbaustufe 14 Pixel mit höchster spektraler Auflösung bei 1900 GHz („low frequency array“, LFA), insbesondere zur Beobachtung des Feinstruktur-Übergangs des einfach ionisierten atomare Kohlenstoffs [C II], und 7 weiterer Pixel bei 4745 GHz („high frequency array“, HFA) zur Beobachtung des Feinstruktur-Übergangs des atomaren Sauerstoffs [O I] bieten. Aufgrund der Funktionsweise der Heterodyn-Empfänger lässt sich das Signal von jedem der 14 Detektoren spektral hoch aufgelöst analysieren, so dass die vollständige Information über die Geschwindigkeitsstruktur der Quelle gewonnen werden kann. Die Steigerung der Pixelzahl über den der Einzelpixel Empfänger des GREAT Basis-Systems führt zu einer entsprechenden Vervielfachung der Beobachtungseffizienz, was insbesondere der Erstellung von Karten ausgedehnter astronomischer Quellen zugutekommt.

Die Erstinbetriebnahme der 14 LFA Pixel im Mai 2015 war bei den 4 Flügen auf SOFIA derart erfolgreich, dass neben dem Hauptziel dieser Flüge, nämlich die Performance Charakteristika der neuen Empfängerkomponenten im Einsatz zu verifizieren, eine Vielzahl verwertbarer Daten gewonnen wurde, die einer weiteren wissenschaftlichen Verwertung zugute kommen wird.

Die Hard- und Software Entwicklung und der Betrieb des upGREAT Empfängers am I. Physikalischen Institut wird von der Deutschen Luft- und Raumfahrt, DLR, Förderkennziffer 50-OK-1103, finanziert, sowie durch Ressourcen des Sonderforschungsbereichs SFB956 unterstützt.

SOFIA ist ein bilaterales US-Amerikanisch-Deutsches Projekt, welches von der NASA und DLR geführt wird. Das upGREAT Konsortium besteht aus den Instituten Max-Planck-Institut für Radioastronomie Bonn (Projektleitung), dem Kölner Observatorium für Submm Astronomie (KOSMA) am I. Physikalischen Institut und dem DLR Institut für Planetenforschung Berlin.

Weiterführende Links:
DLR Nachrichten: "upGREAT" für die fliegende Sternwarte SOFIA
Informationsdienst Wissenschaft (idw): Erster erfolgreicher Einsatz von upGREAT
Max Planck Institute für Radioastronomie: Erster erfolgreicher Einsatz von upGREAT
Kölner Wissenschaftsrunde: “upGREAT” für die fliegende Sternwarte SOFIA
SOFIA Science Center (in englischer Sprache)
Deutsches SOFIA Institut
Terahertz Detector Development at the I. Physikalisches Institut (in englischer Sprache)

Bildquellen: Robert Simon, Patrick Pütz (Universität zu Köln)

(fsc 2015-06-05, ppü 2015-07-10)