NASAs romerske rumteleskop udvælger 24 varmesynsøjne i flykvalitet

NASAs Nancy Grace Roman Space Telescope-team har for nylig fly-certificeret alle 24 detektorer, som missionen har brug for. Når Roman lanceres i midten af ​​2020'erne, disse enheder vil konvertere stjernelys til elektriske signaler, som derefter vil blive afkodet til 300 megapixel billeder af store pletter af himlen. Disse billeder vil give astronomer mulighed for at udforske en bred vifte af himmellegemer og fænomener, bringer os tættere på at løse mange presserende kosmiske mysterier.

"Som teleskopets øjne, Romans detektorer vil aktivere al missionens videnskab, " sagde John Gygax, focalplane system manager for det romerske rumteleskop ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Nu, baseret på vores testresultater, vores team kan bekræfte, at disse infrarøde detektorer opfylder alle kravene til Romans formål."

Hver detektor har 16 millioner små pixels, at give missionen en udsøgt billedopløsning. Mens 18 detektorer vil blive indbygget i Romans kamera, yderligere seks vil blive reserveret som flykvalificerede reservedele.

"Hjertet i Romans detektorer er millioner af kviksølv-cadmium-tellurid fotodioder, som er sensorer, der konverterer lys til en elektrisk strøm - en for hver pixel, " sagde Greg Mosby, en forskningsastrofysiker hos Goddard, som hjælper med at vurdere ydeevnen af ​​Romans detektorer. "En af grundene til, at vi valgte dette materiale er, at ved at variere mængden af ​​cadmium, vi kan indstille detektoren til at have en bestemt cutoff-bølgelængde. Det giver os mulighed for at fokusere mere præcist på de bølgelængder af lys, vi forsøger at se."

For at lave detektorerne, teknikere hos Teledyne Imaging Sensors i Camarillo, Californien opbyggede fotodioderne på bunden af ​​detektoren lag for lag. Derefter, de fastgjorde detektoren til et siliciumelektronikkort, der vil hjælpe med at behandle lyssignalerne ved hjælp af indium - et blødt metal, der har nogenlunde samme konsistens som tyggegummi. Pixels blev limet ned ved hjælp af en lille dråbe indium til hver enkelt.

Dråberne blev omhyggeligt placeret med kun 10 mikron fra hinanden - omtrent bredden af ​​en typisk bomuldsfiber. Hvis vi skalerede en af ​​Romans detektorer op til at være lige så lang som en swimmingpool i olympisk størrelse, indium-klatterne ville være mindre end en halv tomme fra hinanden. Denne præcise justering sikrer, at hver af sensorerne fungerer uafhængigt.

"Det romerske hold har brugt år på at identificere en optimal opskrift på missionens detektorer, " sagde Mosby. "Det er glædeligt at se holdets hårde arbejde betale sig på dette afgørende tekniske aspekt af missionen. Vi kan ikke vente med at se, hvordan billederne fra disse detektorer transformerer vores forståelse af universet."

Hubbles måbende fætter

At kombinere så mange detektorer og pixels giver Roman sit brede synsfelt, gør det muligt for missionen at skabe infrarøde billeder, der vil være omkring 200 gange større, end Hubble kan levere, og samtidig afsløre det samme niveau af righoldige detaljer. Rumfartøjet forventes at indsamle langt flere data end nogen anden NASA-astrofysikmission før den. Forskere måtte udvikle nye processer, der skal komprimere og digitalisere missionens regn af data.

Goddard-ingeniører var også banebrydende for nye testmetoder for at sikre, at detektorerne opfylder missionens behov. Roman kræver ekstremt følsomme detektorer for at se svage signaler fra langt over hele kosmos. Men det er ikke nemt at skabe detektorer, der opfylder missionens strenge kvalitetskrav.

Holdet vidste, at ikke alle detektorerne ville bestå deres strenge tests, så de bestilte mere end missionen kræver og vil bruge de bedste. Men de ekstra detektorer vil ikke gå til spilde - nogle er bestemt til at tjene som øjnene på andre teleskoper, der har mere lempelige krav, mens andre vil blive brugt til yderligere test på jorden.

Forbliver cool

Roman vil skabe enorme, panoramaer i høj opløsning af det infrarøde univers, bygger på Spitzer-rumteleskopets banebrydende observationer og komplementerer James Webb-rumteleskopet. At se rummet i infrarødt lys er som at bruge varmebriller, hjælper os med at se ting, vi ellers ikke ville kunne se. Men det kræver præcise og ekstremt kolde detektorer.

"Rummet er meget mørkt, og alt afgiver infrarødt lys i henhold til dets temperatur, " sagde Dominic Benford, den romerske programforsker ved NASAs hovedkvarter. "Romersk teleskop, kamera, og detektorer skal alle afkøles, så de er mørkere end det univers, de vil se på."

Da vi kan detektere infrarødt lys som varme, Romans detektorer skal underkøles til en kold -288 grader Fahrenheit (-178 grader Celsius). Ellers ville varme fra rumfartøjets egne komponenter mætte detektorerne, effektivt at blænde teleskopet. En radiator vil omdirigere spildvarme fra rumfartøjets komponenter væk fra detektorerne ud i et koldt rum, at sikre, at Roman vil være følsom over for svage signaler fra fjerne galakser og andre kosmiske objekter.

Kombinationen af ​​Romans fine opløsning og enorme billeder har aldrig været mulig på et rumbaseret teleskop før og vil gøre Nancy Grace Roman Space Telescope til et uundværligt værktøj i fremtiden.