Вид спереди готовой камеры LSST, показывающий внутреннюю фокальную плоскость с разрешением 3200 мегапикселей. Фото: Жаклин Рэмсиер Оррелл/Национальная ускорительная лаборатория SLAC.
После двух десятилетий работы ученые и инженеры Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики и их сотрудники празднуют завершение создания камеры Legacy Survey of Space and Time (LSST).
Камера с разрешением 3200 мегапикселей, являющаяся сердцем обсерватории Веры К. Рубин, поможет исследователям наблюдать нашу Вселенную с беспрецедентной детализацией. За 10 лет он создаст огромный массив данных о южном ночном небе, которые исследователи будут использовать для нового понимания Вселенной.
Эти данные помогут в поисках понимания темной энергии, которая стимулирует ускоряющееся расширение Вселенной, а также в поисках темной материи, загадочного вещества, которое составляет около 85% материи во Вселенной. У исследователей также есть планы использовать данные Рубина, чтобы лучше понять меняющееся ночное небо, галактику Млечный Путь и нашу собственную Солнечную систему.
«С завершением строительства уникальной камеры LSST в SLAC и ее неизбежной интеграцией с остальными системами обсерватории Рубин в Чили мы вскоре начнем создавать величайший фильм всех времен и самую информативную карту ночного неба из когда-либо созданных», — сказал он. Директор строительства обсерватории «Рубин» и профессор Вашингтонского университета Желько Ивезич.
Для достижения этой цели команда SLAC и ее партнеры создали самую большую цифровую камеру, когда-либо созданную для астрономии. Камера размером примерно с небольшой автомобиль и весит около 3000 килограммов (3 метрических тонны), а ее передняя линза имеет диаметр более 5 футов — это самый большой объектив, когда-либо созданный для этой цели.
Еще одну линзу шириной 3 фута пришлось специально спроектировать, чтобы сохранить форму и оптическую четкость, а также герметизировать вакуумную камеру, в которой находится огромная фокальная плоскость камеры. Эта фокальная плоскость состоит из 201 индивидуально разработанного ПЗС-датчика и настолько плоская, что ее ширина варьируется не более чем на одну десятую ширины человеческого волоса. Сами пиксели имеют ширину всего 10 микрон.
Тем не менее, самой важной особенностью камеры является ее разрешение, которое настолько велико, что потребуются сотни телевизоров сверхвысокой четкости, чтобы отобразить только одно из ее изображений в полном размере, сказал профессор SLAC, заместитель директора обсерватории Рубин и руководитель программы камер Аарон. Рудман.
«Его изображения настолько детализированы, что он может рассмотреть мяч для гольфа на расстоянии около 15 миль, охватывая при этом полосу неба в семь раз шире, чем полная луна. Эти изображения с миллиардами звезд и галактик помогут раскрыть тайны Вселенной. .»
Камера будет установлена на обзорном телескопе Симони обсерватории Рубина высоко в Андах Чили. Фото: Обсерватория Рубина/Национальный научный фонд/АУРА.
В поисках темной материи и темной энергии
Теперь, когда камера LSST завершена и прошла тщательные испытания в SLAC, ее упакуют, отправят в Чили и поднимут на гору Серро Пачон в Андах на высоту 8900 футов, где позже в этом году ее поднимут на обзорный телескоп Симони. год.
После запуска основная задача камеры — составить карту положения и измерить яркость огромного количества объектов ночного неба. Из этого каталога исследователи могут получить массу информации.
Пожалуй, самое важное то, что камера LSST будет искать признаки слабого гравитационного линзирования, при котором массивные галактики слегка искривляют пути света от фоновых галактик, которые достигают нас. Слабое линзирование позволяет кое-что узнать о распределении массы во Вселенной и о том, как оно меняется с течением времени, что поможет космологам понять, как темная энергия управляет расширением Вселенной.
Обсерватория является первой, построенной для изучения слабых линз такого масштаба, и этот проект побудил ученых и инженеров разработать ряд новых технологий, включая новые виды ПЗС-сенсоров и некоторые из самых больших линз, когда-либо созданных, — и обеспечить, чтобы все эти «Компоненты хорошо работали вместе», — сказал Мартин Нордби, старший инженер SLAC и руководитель проекта камеры LSST.
Ученые также хотят изучить закономерности в распределении галактик и то, как они изменились с течением времени, выявляя скопления темной материи и обнаруживая сверхновые, и все это может помочь в дальнейшем понимании как темной материи, так и темной энергии.
Риса Векслер, космолог, возглавляющая Институт астрофизики частиц и космологии Кавли при SLAC и Стэнфордском университете, сказала, что это был экстраординарный момент. «Здесь, в SLAC и по всему миру, очень много учёных, которые найдут что-то ценное в данных, которые будет получать эта камера», — сказал Векслер. «Это захватывающее время для изучения космологии».
Художественная визуализация камеры LSST, показывающая ее основные компоненты, включая объективы, матрицу датчиков и багажник. Фото: Крис Смит/Национальная ускорительная лаборатория SLAC.
Что еще делать с такой большой камерой?
Те же изображения, которые раскрывают детали далеких галактик, помогут исследователям изучить что-то более близкое к дому: нашу галактику Млечный Путь. Многие из ее звезд маленькие и слабые, но благодаря чувствительности камеры LSST исследователи рассчитывают создать гораздо более подробную карту нашей галактики, что позволит лучше понять ее структуру и эволюцию, а также природу звезд и других объектов в ней.
Еще ближе к дому исследователи надеются провести гораздо более тщательную инвентаризацию множества мелких объектов в нашей Солнечной системе. По оценкам обсерватории Рубина, проект может увеличить количество известных объектов в 10 раз, что может привести к новому пониманию того, как сформировалась наша Солнечная система, и, возможно, помочь идентифицировать угрозы со стороны астероидов, которые подбираются слишком близко к планете. .
Наконец, ученые Рубина рассмотрят, как меняется ночное небо — например, как умирают звезды или как материя попадает в сверхмассивные черные дыры в центрах галактик.
Командное усилие
Директор SLAC Джон Саррао заявил, что эта камера является «огромным достижением» для лаборатории и ее партнеров. «Камера LSST и обсерватория Рубина откроют новые окна в нашу вселенную, дадут возможность глубже проникнуть в некоторые из ее величайших загадок, а также откроют чудеса ближе к дому», — сказал Саррао. «Приятно видеть, как научно-технический опыт SLAC, лидерство в проектах и прочное глобальное партнерство объединяются таким эффективным образом. Нам не терпится увидеть, что будет дальше».
Среди лабораторий-партнеров, предоставивших свои знания и технологии, можно назвать Брукхейвенскую национальную лабораторию, которая создала матрицу цифровых датчиков камеры; Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, которая вместе со своими промышленными партнерами разработала и изготовила объективы для фотоаппарата; и Национальный институт ядерной физики и физики элементарных частиц при Национальном центре научных исследований (IN2P3/CNRS) во Франции, которые внесли свой вклад в разработку сенсора и электроники, а также создали систему замены фильтров камеры, которая позволит камере фокусироваться на шести отдельных полосы света от ультрафиолета до инфракрасного.
Пол О'Коннор, старший физик в отделе приборостроения Брукхейвена, сказал: «Команда Брукхейвенской лаборатории, некоторые из которых работают над проектом более 20 лет, очень рада завершению работы над камерой LSST. Сверхчувствительные ПЗС-модули, которые мы разработали совместно с несколькими сотрудниками, внесут вклад в прорывную науку, которую обсерватория Рубин осуществит в течение следующего десятилетия, и мы с нетерпением ждем возможности сотрудничать в этом флагманском астрономическом исследовании».
Ключевой особенностью оптических блоков камеры являются три линзы, одна из которых диаметром 1,57 метра (5,1 фута) считается крупнейшей в мире высокопроизводительной оптической линзой, когда-либо изготовленной. «Ливерморская национальная лаборатория имени Лоуренса чрезвычайно гордится тем, что имела возможность спроектировать и контролировать изготовление больших линз и оптических фильтров для камеры LSST, включая самый большой объектив в мире», — сказал Винсент Риот, инженер LLNL и бывший руководитель проекта LSST Camera.
«LLNL смогла использовать свой опыт в области большой оптики, накопленный за десятилетия разработки крупнейших в мире лазерных систем, и мы рады видеть, что этот беспрецедентный инструмент завершен и готов отправиться в путешествие в обсерваторию Рубин».
Ученый-оператор IN2P3/CNRS Пьер Антилогус сказал: «Чтобы снять 3D-фильм о Вселенной, камера должна была сделать изображение примерно за 2 секунды и сменить фильтры менее чем за 90 секунд. Это настоящий подвиг для камеры такого размера. .И если размер фокальной плоскости камеры LSST уникален, плотность технологий внутри нее впечатляет еще больше.Отвечая за систему замены фильтров и внося свой вклад в фокальную плоскость, наша команда рада принять участие в это коллективное приключение по разработке такой мощной камеры».
По словам Трэвиса Ланге, заместителя руководителя проекта камеры и менеджера по интеграции камер, создание камеры также стало полезным испытанием для команды SLAC, которая ее создала и руководила проектом. «Я очень горжусь тем, что мы построили», — сказал он. «Это был такой уникальный проект, который подарил мне невероятный опыт — кто мог себе представить, что государственный секретарь и спикер палаты представителей проведут пресс-конференцию перед чистой комнатой с камерой? Это будет трудный поступок. следовать.»
Информация от: Национальной ускорительной лабораторией SLAC.
