SLAC afslutter konstruktionen af ​​det største digitale kamera, der nogensinde er bygget til astronomi

Efter to årtiers arbejde fejrer forskere og ingeniører ved Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory og deres samarbejdspartnere færdiggørelsen af ​​Legacy Survey of Space and Time (LSST) Camera.

Som hjertet af Vera C. Rubin-observatoriet vil kameraet på 3.200 megapixel hjælpe forskere med at observere vores univers i hidtil usete detaljer. I løbet af 10 år vil det generere en enorm mængde data om den sydlige nattehimmel, som forskere vil udvinde for at få ny indsigt i universet.

Disse data vil hjælpe i søgen efter at forstå mørk energi, som driver den accelererende udvidelse af universet, og jagten på mørkt stof, det mystiske stof, der udgør omkring 85% af stoffet i universet. Forskere har også planer om at bruge Rubin-data til bedre at forstå den skiftende nattehimmel, Mælkevejsgalaksen og vores eget solsystem.

"Med færdiggørelsen af ​​det unikke LSST-kamera på SLAC og dets forestående integration med resten af ​​Rubin Observatory-systemer i Chile, vil vi snart begynde at producere den bedste film nogensinde og det mest informative kort over nattehimlen, der nogensinde er samlet," sagde Direktør for Rubin Observatory Construction og University of Washington professor Željko Ivezić.

For at nå dette mål byggede SLAC-teamet og dets partnere det største digitale kamera, der nogensinde er konstrueret til astronomi. Kameraet er nogenlunde på størrelse med en lille bil og vejer omkring 3.000 kg (3 metriske tons), og dets frontlinse er mere end 5 fod på tværs – det største objektiv, der nogensinde er lavet til dette formål.

En anden 3-fods bred linse skulle specialdesignes til at bevare form og optisk klarhed og samtidig forsegle vakuumkammeret, der huser kameraets enorme brændplan. Dette brændplan består af 201 individuelle specialdesignede CCD-sensorer, og det er så fladt, at det ikke varierer med mere end en tiendedel af bredden af ​​et menneskehår. Selve pixels er kun 10 mikron brede.

Alligevel er kameraets vigtigste egenskab dets opløsning, som er så høj, at det ville tage hundredvis af ultra-high-definition tv'er for at vise kun ét af dets billeder i fuld størrelse, sagde SLAC professor og Rubin Observatory Vicedirektør og kameraprogramleder Aaron Roodman.

"Dens billeder er så detaljerede, at den kunne løse en golfbold fra omkring 15 miles væk, mens den dækker et skår af himlen syv gange bredere end fuldmånen. Disse billeder med milliarder af stjerner og galakser vil hjælpe med at låse op for universets hemmeligheder ."

Søger efter mørkt stof og mørk energi

Nu hvor LSST-kameraet er færdigt og er blevet grundigt testet hos SLAC, vil det blive pakket sammen og sendt til Chile og kørt op på 8.900 fod høje Cerro Pachón i Andesbjergene, hvor det vil blive hejst på toppen af ​​Simonyi Survey Telescope senere på dette tidspunkt. år.

Når først det er oppe at køre, er kameraets væsentlige formål at kortlægge positionerne og måle lysstyrken af ​​et stort antal objekter i nattehimlen. Fra det katalog kan forskere udlede et væld af information.

Måske mest bemærkelsesværdigt vil LSST-kameraet lede efter tegn på svag gravitationslinser, hvor massive galakser subtilt bøjer de veje, lyset fra baggrundsgalakser tager for at nå os. Svag linseføring afslører noget om fordelingen af ​​masse i universet, og hvordan den har ændret sig over tid, hvilket vil hjælpe kosmologer med at forstå, hvordan mørk energi driver universets udvidelse.

Observatoriet er det første bygget til at studere svag linse i denne skala, og projektet fik forskere og ingeniører til at udvikle en række nye teknologier, herunder nye slags CCD-sensorer og nogle af de største linser, der nogensinde er lavet – og sørge for at alle disse komponenter fungerede godt sammen, sagde Martin Nordby, senior stabsingeniør hos SLAC og LSST-kameraprojektleder.

Forskere ønsker også at studere mønstre i fordelingen af ​​galakser, og hvordan disse har ændret sig over tid, ved at identificere klynger af mørkt stof og spotte supernovaer, som alle kan hjælpe med yderligere forståelse af både mørkt stof og mørk energi.

Risa Wechsler, en kosmolog, der leder Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology ved SLAC og Stanford University, sagde, at det var et ekstraordinært øjeblik. "Der er så mange forskere her hos SLAC og rundt om i verden, som vil finde noget værdifuldt i de data, som dette kamera vil producere," sagde Wechsler. "Dette er en spændende tid at studere kosmologi på."

Hvad gør du ellers med et så stort kamera?

De samme billeder, der afslører detaljer om fjerne galakser, vil hjælpe forskere med at studere noget tættere på hjemmet:vores egen Mælkevejsgalakse. Mange af dens stjerner er små og svage, men med LSST-kameraets følsomhed forventer forskerne at producere et langt mere detaljeret kort over vores galakse, hvilket giver indsigt i dens struktur og udvikling samt karakteren af ​​stjerner og andre objekter i den.

Endnu tættere på hjemmet håber forskerne at lave en langt mere grundig optælling af de mange små objekter i vores solsystem. Ifølge estimater fra Rubin Observatory kan projektet øge antallet af kendte objekter med en faktor 10, hvilket kan føre til en ny forståelse af, hvordan vores solsystem er dannet og måske hjælpe med at identificere trusler fra asteroider, der kommer lidt for tæt på planeten .

Endelig vil Rubin-forskere se på, hvordan nattehimlen ændrer sig – for eksempel hvordan stjerner dør, eller hvordan stof falder ind i supermassive sorte huller i galaksernes centre.

En holdindsats

SLAC-direktør John Sarrao sagde, at kameraet er en "enorm præstation" for laboratoriet og dets partnere. "LSST-kameraet og Rubin-observatoriet vil åbne nye vinduer ind i vores univers, hvilket giver dyb indsigt i nogle af dets største mysterier, mens de også afslører vidundere tættere på hjemmet," sagde Sarrao. "Det er spændende at se SLAC's videnskabelige og tekniske ekspertise, projektlederskab og stærke globale partnerskaber mødes på en så virkningsfuld måde. Vi kan ikke vente med at se, hvad det næste er."

Blandt de partnerlaboratorier, der bidrog med ekspertise og teknologi, er Brookhaven National Laboratory, som byggede kameraets digitale sensorarray; Lawrence Livermore National Laboratory, som med sine industrielle partnere designede og byggede objektiver til kameraet; og det nationale institut for kerne- og partikelfysik ved det nationale center for videnskabelig forskning (IN2P3/CNRS) i Frankrig, som bidrog til sensor- og elektronikdesign og byggede kameraets filterudvekslingssystem, som vil gøre det muligt for kameraet at være hjemme på seks separate bånd af lys fra ultraviolet til infrarødt.

Paul O'Connor, en senior fysiker i Brookhavens Instrumentation Division, sagde:"Teamet på Brookhaven Lab, hvoraf nogle har arbejdet på projektet i mere end 20 år, er spændte på at se færdiggørelsen af ​​LSST-kameraet. Vores hurtige , ultrafølsomme CCD-moduler, som vi har udviklet med flere samarbejdspartnere, vil bidrage til den banebrydende videnskab leveret af Rubin Observatory i løbet af det næste årti, og vi ser frem til at samarbejde om denne flagskibsastronomiske undersøgelse."

En nøglefunktion ved kameraets optiske samlinger er dets tre linser, hvoraf den ene med en diameter på 1,57 meter (5,1 fod) menes at være verdens største højtydende optiske linse, der nogensinde er fremstillet. "Lawrence Livermore National Laboratory er ekstremt stolt over at have haft muligheden for at designe og overvåge fremstillingen af ​​de store linser og optiske filtre til LSST-kameraet, inklusive den største linse i verden," sagde Vincent Riot, en LLNL-ingeniør og tidligere LSST Kamera projektleder.

"LLNL var i stand til at udnytte sin ekspertise inden for stor optik, bygget gennem årtier med udvikling af verdens største lasersystemer, og er begejstret for at se dette hidtil usete instrument færdiggjort og klar til at tage sin rejse til Rubin Observatory."

IN2P3/CNRS kameraforsker Pierre Antilogus sagde:"For at lave en 3D-film af universet skulle kameraet tage et billede på omkring 2 sekunder og skifte filtre på mindre end 90 sekunder. Dette er noget af en bedrift for et kamera af denne størrelse Og hvis størrelsen på LSST-kameraets brændplan er enestående, er tætheden af ​​teknologien indeni endnu mere imponerende. dette kollektive eventyr om at udvikle et så kraftfuldt kamera."

At bygge kameraet har også været en givende udfordring for SLAC-teamet, der byggede det og ledede projektet, sagde Travis Lange, kameraets stedfortrædende projektleder og kameraintegrationsleder. "Jeg er meget stolt af det, vi har bygget," sagde han. "Dette har været så unikt et projekt, der har udsat mig for utrolige oplevelser - hvem kunne have forestillet sig, at udenrigsministeren og formanden for huset ville holde en pressekonference foran kameraets renrum? Det vil være en hård handling at følg."

Leveret af SLAC National Accelerator Laboratory