HIRMES – et nyt højopløsnings mid-infrarødt spektrometer til SOFIA

NASA er ved at udvikle et nyt instrument til at udvide grænserne for astronomiforskning. Et team af videnskabsmænd og teknologer ved NASAs Goddard Space Flight Center (GSFC) er ved at udvikle High-Resolution Mid-Infrared Spectrometer (HIRMES) – et innovativt instrument, der vil muliggøre nye videnskabelige undersøgelser og vigtige bidrag til vores forståelse af kosmos. HIRMES' idriftsættelse forventes i slutningen af ​​2018 på NASA's Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA), et stærkt modificeret Boeing 747SP, der bærer et infrarødt teleskop med en diameter på 2,5 m. SOFIA flyver over ~95% af Jordens atmosfæriske vanddamp, giver astronomer mulighed for at få adgang til bølgelængder, der ikke er mulige at observere fra jorden, selv med de mest kraftfulde jordbaserede teleskoper. HIRMES anvender nye detektor- og optiske teknologier, der er skræddersyet til at drage maksimal fordel af den unikke platform leveret af SOFIA, dækker det 25-122 mikron spektrale område med opløsningsevner fra 600 til 100, 000.

HIRMES vil udvide gennemprøvede teknologier, finde en balance mellem at skubbe det nyeste og levere pålidelig ydeevne til SOFIAs voksende brugerfællesskab. HIRMES vil anvende superledende overgangskantsensor (TES)-baserede bolometre, opererer ved temperaturer på ~0,1 K for at give følsomhed kun begrænset af det iboende signal-til-støj-forhold pålagt af himmelbaggrunden. Disse detektorer lover en størrelsesorden lavere støj sammenlignet med de heterodyne detektorer, der i øjeblikket er indsat i SOFIA-instrumentering, og vil reducere observationstiden med en faktor på ~200 på spektrale linjer af interesse. HIRMES-detektorer vil blive opstillet i et 16x64-elementformat for at give spektroskopiske observationer med lav og mellemopløsning, herunder en billeddannelsesfunktion. Et separat 8x16-element array optimeret til lave baggrunde vil blive brugt til højopløselige effektobservationer. Et flertrins kølesystem vil give den ~100mK køleplade, der er nødvendig for baggrundsbegrænset detektorydelse. Optisk spredning af lyset leveret af teleskopet vil blive opnået via et system af gitre, spejle, og afstembare Fabry-Perot interferometriske monokromatorer.

HIRMES' primære undersøgelse er en detaljeret undersøgelse af de processer, der fører til dannelsen af ​​planetsystemer over et spektralområde rigt på ioniske, atomar, og molekylære linjer. HIRMES videnskabsprogrammet vil bestemme strukturen og udviklingen af ​​protoplanetariske diske og vil øge vores evne til at modellere disse systemer, efterhånden som de udvikler sig fra homogene diske til spæde planetsystemer. I begyndelsen af ​​deres liv, stjerner interagerer betydeligt med deres miljøer, og HIRMES-programmet vil fremme vores forståelse af, hvordan disse interaktioner regulerer stjernedannelsen. HIRMES-holdet vil også studere dannelsesprocesserne for massive protostjerner og de mekanismer, der accelererer støv i asymptotiske kæmpegrene (AGB) stjerner. NASA forventer en betydelig efterspørgsel inden for det videnskabelige samfund efter de kraftfulde nye kapaciteter, som HIRMES vil levere.

GSFC-teamet udviklede en instrumentkonceptundersøgelse i 2016, fører til det konkurrencedygtige udvalg af HIRMES til udvikling. Arbejdet begyndte straks med udviklingen af ​​instrumentet, herunder laboratorieevaluering af messingplade-undersystemer og indkøb af begrænset hardware-elementer med lang tid for at understøtte en aggressiv udviklingsplan. HIRMES-teamet arbejder hen imod en kritisk designgennemgang i FY17, efterfulgt af hardwareudvikling for at muliggøre levering af instrumenter i slutningen af ​​2018.