После двух десятилетий работы ученые и инженеры Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Министерстве энергетики США и их сотрудники празднуют завершение разработки камеры Legacy Survey of Space and Time (LSST). Являясь сердцем обсерватории Веры К. Рубин, 3200-мегапиксельная камера поможет исследователям наблюдать нашу Вселенную с беспрецедентной детализацией. За 10 лет он соберет огромный объем данных о южном ночном небе, которые исследователи смогут использовать для нового понимания Вселенной. Эти данные помогут в поисках понимания темной энергии, которая является движущей силой ускоряющегося расширения Вселенной, и в поисках темной материи, таинственного вещества, составляющего около 85% материи во Вселенной. Исследователи также планируют использовать данные Rubin для лучшего понимания меняющегося ночного неба, галактики Млечный Путь и нашей собственной солнечной системы.
"С завершением установки уникальной камеры LSST в SLAC и ее скорой интеграцией с остальными системами обсерватории Rubin в Чили, мы вскоре приступим к созданию величайшего фильма всех времен и самой информативной карты ночного неба, когда-либо собранной", - сказал директор по строительству обсерватории Rubin и профессор Вашингтонского университета Желько Ивезич. Для достижения этой цели команда SLAC и ее партнеры создали самую крупную цифровую камеру, когда-либо созданную для астрономии. Камера размером примерно с небольшой автомобиль и весит около 3000 килограммов (3 метрические тонны), а ее передняя линза имеет диаметр более 5 футов — это самый большой объектив, когда-либо созданный для этой цели. Другой объектив шириной 3 фута должен был быть специально разработан для сохранения формы и оптической четкости, а также для герметизации вакуумной камеры, в которой находится огромная фокусная плоскость камеры. Эта фокусная плоскость состоит из 201 отдельного ПЗС-датчика, разработанного по индивидуальному заказу, и она настолько плоская, что ее ширина составляет не более одной десятой толщины человеческого волоса. Ширина самих пикселей составляет всего 10 микрон.
Тем не менее, самой важной особенностью камеры является ее разрешение, которое настолько велико, что потребовались бы сотни телевизоров сверхвысокой четкости, чтобы отобразить только одно из ее изображений в полном размере, сказал профессор SLAC, заместитель директора обсерватории Рубина и руководитель программы создания камер Аарон Рудман. "Его снимки настолько детализированы, что с их помощью можно разглядеть мяч для гольфа с расстояния примерно в 15 миль, при этом участок неба в семь раз шире, чем полная луна. Эти изображения с миллиардами звезд и галактик помогут раскрыть секреты Вселенной". Теперь, когда камера LSST готова и прошла тщательные испытания в SLAC, ее упакуют и отправят в Чили, а затем доставят на гору Серро-Пачон в Андах высотой 8900 футов, где она будет установлена на обзорном телескопе Simonyi в конце этого года. После того, как камера будет запущена, ее основной задачей станет нанесение на карту местоположения и измерение яркости огромного количества объектов на ночном небе. Из этого каталога исследователи могут почерпнуть огромное количество информации.
Возможно, самое примечательное, что камера LSST будет искать признаки слабого гравитационного линзирования, при котором массивные галактики слегка искривляют траектории, по которым свет от фоновых галактик достигает нас. Слабое линзирование раскрывает кое-что о распределении массы во Вселенной и о том, как оно менялось с течением времени, что поможет космологам понять, как темная энергия управляет расширением Вселенной. Обсерватория является первой, построенной для изучения слабого линзирования в таком масштабе, и этот проект побудил ученых и инженеров разработать ряд новых технологий, в том числе новые виды ПЗС—матриц и одни из самых больших объективов, когда-либо созданных, - и убедиться, что все эти компоненты хорошо сочетаются друг с другом, сказал Мартин Нордби (Martin Nordby), руководитель проекта. старший штатный инженер SLAC и руководитель проекта LSST camera. Ученые также хотят изучить закономерности в распределении галактик и то, как они менялись с течением времени, выявляя скопления темной материи и обнаруживая сверхновые - все это может помочь дальнейшему пониманию как темной материи, так и темной энергии.
Риса Векслер, космолог, возглавляющая Институт астрофизики элементарных частиц и космологии Кавли при SLAC и Стэнфордском университете, сказала, что это был необыкновенный момент. "Здесь, в SLAC, и во всем мире очень много ученых, которые найдут что-то ценное в данных, которые будет получать эта камера", - сказал Векслер. "Сейчас захватывающее время для изучения космологии". Те же снимки, которые раскрывают детали далеких галактик, помогут исследователям изучить нечто более близкое к дому: нашу собственную галактику Млечный Путь. Многие из ее звезд маленькие и тусклые, но благодаря чувствительности камеры LSST исследователи рассчитывают составить гораздо более подробную карту нашей галактики, что позволит получить представление о ее структуре и эволюции, а также о природе звезд и других объектов внутри нее. Еще ближе к дому исследователи надеются провести гораздо более тщательную перепись множества мелких объектов в нашей Солнечной системе. По оценкам обсерватории Рубина, проект может увеличить число известных объектов в 10 раз, что может привести к новому пониманию того, как сформировалась наша Солнечная система, и, возможно, поможет выявить угрозы, исходящие от астероидов, которые подлетают слишком близко к планете.
Наконец, ученые из Рубина рассмотрят, как меняется ночное небо — например, как умирают звезды или как вещество попадает в сверхмассивные черные дыры в центрах галактик. Директор SLAC Джон Саррао сказал, что камера является "огромным достижением" для лаборатории и ее партнеров. "Камера LSST и обсерватория Rubin откроют новые окна в нашу Вселенную, что позволит глубже проникнуть в некоторые из ее величайших тайн, а также откроет чудеса, близкие к нашему дому", - сказал Саррао. "Приятно видеть, что научно-технический опыт SLAC, руководство проектами и прочные глобальные партнерские отношения объединяются таким эффективным образом. Нам не терпится узнать, что будет дальше". Среди лабораторий-партнеров, предоставивших свой опыт и технологии, Брукхейвенская национальная лаборатория, которая создала цифровую матрицу датчиков для камеры; Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, которая совместно со своими промышленными партнерами разработала и изготовила объективы для камеры; и Национальный институт ядерной физики и физики элементарных частиц при Национальном центре научных исследований (IN2P3/CNRS) во Франции, которая внесла свой вклад в разработку сенсоров и электроники, а также создала систему замены фильтров камеры, которая позволит камере ориентироваться в шести отдельных диапазонах света - от ультрафиолетового до инфракрасного.
Пол О'Коннор, старший физик отдела приборостроения Брукхейвенской лаборатории, сказал: "Команда Брукхейвенской лаборатории, некоторые из которых работают над проектом более 20 лет, с нетерпением ждет завершения разработки камеры LSST. Наши быстродействующие сверхчувствительные ПЗС-модули, которые мы разработали совместно с несколькими сотрудниками, внесут свой вклад в научные достижения обсерватории Рубина в течение следующего десятилетия, и мы с нетерпением ожидаем совместной работы над этим флагманским астрономическим исследованием". Ключевой особенностью оптических узлов камеры являются три объектива, один из которых диаметром 1,57 метра (5,1 фута) считается самым большим в мире высокоэффективным оптическим объективом, когда-либо изготовленным. "Ливерморская национальная лаборатория имени Лоуренса чрезвычайно гордится тем, что у нее была возможность разрабатывать и контролировать изготовление больших объективов и оптических фильтров для камеры LSST, включая самый большой объектив в мире", - сказал Винсент Райот, инженер LLNL и бывший руководитель проекта камеры LSST.
"LLNL смогла использовать свой опыт в области крупногабаритной оптики, накопленный за десятилетия разработки крупнейших в мире лазерных систем, и мы рады видеть, что этот беспрецедентный инструмент завершен и готов к отправке в обсерваторию Рубина". Пьер Антилогус, специалист по съемкам в 2P3/CNRS, сказал: "Чтобы создать 3D-фильм о Вселенной, камера должна была снимать изображение примерно за 2 секунды и менять фильтры менее чем за 90 секунд. Это настоящий подвиг для камеры такого размера. И если размер фокальной плоскости камеры LSST уникален, то плотность технологии, используемой внутри, еще более впечатляет. Наша команда, отвечающая за систему замены фильтров и вносящая свой вклад в создание фокальной плоскости, рада принять участие в этом коллективном проекте по созданию такой мощной камеры". По словам Трэвиса Лэнга (Travis Lange), заместителя руководителя проекта и менеджера по интеграции камер, создание камеры также стало важной задачей для команды SLAC, которая ее создала и руководила проектом. "Я очень горжусь тем, что мы создали", - сказал он. "Это был такой уникальный проект, который позволил мне получить невероятный опыт — кто бы мог подумать, что госсекретарь и спикер Палаты представителей проведут пресс-конференцию перед камерой в чистой комнате? Это будет непростой задачей".
