Une nouvelle étude détaille le fonctionnement interne du récepteur du télescope à grande ouverture, la caméra cryogénique qui sera installée à l’observatoire Simons à 17 000 pieds dans le nord du Chili.
Une nouvelle étude menée par Zhu détaille la conception et la validation de la caméra cryogénique qui sera le «cœur» du télescope à grande ouverture de l’observatoire Simons. (Image avec l’aimable autorisation de Ningfeng Zhu, Université de Pennsylvanie)
Une nouvelle étude publiée dans La série de suppléments du journal astrophysique détaille la conception et la validation du Large Aperture Telescope Receiver (LATR), la caméra cryogénique qui sera le « cœur » du Observatoire Simons Télescope à grande ouverture. Dirigé par Ningfeng Zhu, un doctorat candidat travaillant dans le laboratoire de Mark Devlin, cet article décrit l’optimisation, la construction et les performances de la caméra, une étape essentielle vers les tests finaux et les intégrations qui permettront d’installer le LATR à l’observatoire du Chili en 2022.
L’observatoire Simons sera composé d’une série de télescopes au sol situés sur Cerro Toco dans le nord du Chili. Ici, les chercheurs étudieront le fond diffus cosmologique (CMB), le rayonnement résiduel laissé par le Big Bang, pour mieux comprendre l’évolution de l’univers. Couplé au plus grand de ces télescopes sera le LATR, un instrument qui, une fois terminé, sera la plus grande caméra cryogénique à ondes millimétriques à ce jour et capable de cartographier le ciel quatre fois plus rapidement que la génération actuelle d’instruments.
La coque du récepteur du télescope à grande ouverture (LATR) est arrivée sur le campus de Penn et a été installée dans la Devlin High Bay à l’été 2019. Depuis lors, les chercheurs se sont penchés sur des défis techniques et techniques clés, allant du maintien de températures à des températures très précises. étapes, en maintenant l’alignement optique, en limitant les gradients de température et en minimisant le temps nécessaire pour passer d’une température à l’autre.
Afin de détecter le CMB, les détecteurs à l’intérieur du LATR, qui accueilleront 13 tubes optiques contenant un total de 62 000 détecteurs, doivent être maintenus incroyablement froids, jusqu’à 0,1 degré Kelvin, soit près de -459,49 degrés Fahrenheit. Le LATR doit également être capable de refroidir très rapidement de la température ambiante à ces températures incroyablement basses et précises.
Zhu, qui a aidé à construire des caméras cryogéniques pour un projet de cosmologie alors qu’il était étudiant à l’Université de Chicago, a utilisé son expertise précédente pour diriger la conception globale du cryostat. « Quand j’ai déménagé ici, l’observatoire Simons commençait tout juste à démarrer et ils cherchaient des personnes pour concevoir cet appareil photo de nouvelle génération », explique Zhu. « C’est beaucoup de défis d’ingénierie et techniques, mais en fin de compte, nous cherchons la science. »
Ces défis d’ingénierie et techniques incluent la nécessité de vérifier que tous les composants fonctionnent selon les spécifications techniques requises, qui vont du maintien de températures stables, de 80 Kelvin jusqu’à 0,1 Kelvin, en maintenant l’alignement optique, en limitant les gradients de température et en minimisant le le temps qu’il faut pour passer d’une température à l’autre. Tout cela nécessite des considérations de conception minutieuses qui prennent en compte une variété d’intrants, tels que les matériaux utilisés et la taille globale du LATR.
Dans cet article, les chercheurs détaillent ces considérations de conception et comment ils ont trouvé un équilibre pour atteindre les spécifications techniques requises pour le LATR. Le document détaille également les résultats des tests de validation essentiels qui ont confirmé que l’instrument a fonctionné comme prévu, une étape clé pour pouvoir installer LATR pour les tests sur site à l’observatoire.
« Les tests sont toujours en cours. Nous recevrons plus de détecteurs à tester, plus de composants à intégrer, et nous nous efforcerons de nous préparer pour l’expédition », a déclaré Zhu. Après l’installation du LATR au Chili, dit-il, il y aura une série d’essais techniques, puis, s’il réussit tous les tests, le grand télescope sera pleinement opérationnel. Alors que les échéanciers originaux du projet étaient retardé à cause du COVID, l’équipe espère être prête à expédier le LATR d’ici le début de 2022.
Les conceptions détaillées dans cet article permettent non seulement des améliorations futures à l’observatoire Simons, mais peuvent également être utilisées pour aider les chercheurs dans d’autres domaines, tels que l’informatique quantique, qui nécessitent également des instruments pouvant fonctionner à des températures ultra-basses.
Ce travail a été un énorme effort d’équipe, dit Zhu, et il est enthousiasmé par la science qui sera possible une fois que le télescope sera opérationnel. « Nous aurons un niveau de précision qui n’a jamais été fait auparavant, et avec cette précision, il y a beaucoup de science à faire », dit Zhu.
La source: Université de Pennsylvanie
