Największy aparat cyfrowy w dziejach astronomii. Czegoś takiego jeszcze nie było

Przez dwie dekady naukowcy i inżynierowie ze SLAC National Accelerator Laboratory przy Departamencie Energii, współpracujący z innymi specjalistami, pracowali nad budową kamery Legacy Survey of Space and Time (LSST). Ta zaawansowana kamera ma rozdzielczość 3,2 gigapiksela (3200 megapikseli), co oznacza, że składa się z 3,2 miliarda elementów obrazu, zwanych pikselami.

Planowane jest, że LSST (https://www6.slac.stanford.edu/news/2024-04-03-slac-completes-construction-largest-digital-camera-ever-built-astronomy) zostanie zainstalowana na teleskopie Simonyi Survey Telescope w obserwatorium w Chile. Obserwatorium to zostało zbudowane na górze Cerro Pachon w Andach, na wysokości 2300 metrów. Lokalizacja została wybrana ze względu na czyste powietrze, zwykle bezchmurną pogodę i odległość od miast, których światła mogłyby zakłócać obserwacje. Dzięki nowemu sprzętowi naukowcy mają nadzieję na lepsze zrozumienie ciemnej materii, ciemnej energii i innych tajemnic Wszechświata, w tym struktury naszej Galaktyki i Układu Słonecznego.

"Wraz z ukończeniem unikalnej kamery LSST w SLAC i jej integracją z resztą systemów Obserwatorium Very C. Rubin w Chile, wkrótce rozpoczniemy produkcję najwspanialszego filmu wszech czasów i najbardziej pouczającej mapy nocnego nieba, jaką kiedykolwiek stworzono" – powiedział dyrektor budowy obserwatorium Rubin i profesor Washington University Željko Ivezić.

Aparat cyfrowy, który ustanowił nowy rekord, ma rozmiar małego samochodu i waży około 3000 kilogramów. Przednia soczewka jego obiektywu ma 1,57 metra średnicy, co jest największym wysokiej jakości obiektywem, jaki kiedykolwiek wyprodukowano do tego celu. Kolejna soczewka o średnicy poniżej metra musiała zostać specjalnie zaprojektowana, aby zachować kształt i klarowność optyczną, a jednocześnie uszczelnić komorę próżniową, w której mieści się ogromna, chłodzona do bardzo niskiej temperatury matryca aparatu, zbudowana z 201 indywidualnie zaprojektowanych czujników CCD. Matryca jest tak płaska, że odchylenie od jej płaszczyzny nie przekracza jednej dziesiątej szerokości ludzkiego włosa, a same piksele mają szerokość zaledwie 10 mikronów.

Najważniejszą cechą kamery jest jej rozdzielczość - do wyświetlenia tylko jednego z obrazów w pełnym rozmiarze potrzeba byłoby setek telewizorów o ultrawysokiej rozdzielczości. "Uzyskane obrazy są tak szczegółowe, że można by rozróżnić piłeczkę golfową z odległości około 40 kilometrów, pokrywając obszar nieba siedem razy szerszy niż Księżyc w pełni. Te zdjęcia miliardów gwiazd i galaktyk pomogą odkryć tajemnice wszechświata" - powiedział profesor SLAC i zastępca dyrektora obserwatorium Aaron Roodman.

Po uruchomieniu głównym zadaniem kamery będzie mapowanie pozycji i pomiar jasności ogromnej liczby obiektów nocnego nieba. Z tego katalogu badacze mogą uzyskać mnóstwo informacji. Być może najważniejsze będzie szukanie oznak słabego soczewkowania grawitacyjnego, subtelnego zaginania przez masywne galaktyki ścieżek, którymi dociera do nas światło z innych, bardzo odległych galaktyk.

Słabe soczewkowanie ma miejsce, gdy obraz soczewkowanego obiektu jest jedynie nieco przesunięty i zniekształcony wskutek ugięcia promieni świetlnych na niejednorodnościach w rozkładzie materii między źródłem a obserwatorem. Badając je można uzyskać informacje dotyczące rozkładu masy we Wszechświecie i tego, jak zmienia się on w czasie, co pomoże kosmologom zrozumieć, w jaki sposób ciemna energia napędza ekspansję Wszechświata.

Naukowcy mają też nadzieję stworzyć znacznie dokładniejszy spis wielu małych obiektów w Układzie Słonecznym. Według wstępnych szacunków projekt może zwiększyć liczbę znanych obiektów 10-krotnie, co może doprowadzić do nowego zrozumienia procesu powstawania naszego Układu Słonecznego i być może pomóc w identyfikacji zagrożeń ze strony asteroid, które nadmiernie zbliżyły się do naszej planety. Naukowcy przyjrzą się także, jak umierają gwiazdy lub jak materia wpada do supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktyk.

Do laboratoriów partnerskich, które wniosły wiedzę i technologię w realizację projektu LSST, należą Brookhaven National Laboratory, gdzie powstała matryca cyfrowa, Lawrence Livermore National Laboratory, które wraz ze swoimi partnerami przemysłowymi zaprojektowało i zbudowało obiektywy do aparatu oraz Narodowy Instytut Fizyki Jądrowej i Cząstek przy Narodowym Centrum Badań Naukowych (IN2P3/CNRS) we Francji, który przyczynił się do zaprojektowania czujnika i elektroniki oraz zbudował system wymiany filtrów aparatu, który umożliwi obserwacje w sześciu oddzielnych pasmach - od ultrafioletu do podczerwieni.