Após duas décadas de trabalho, cientistas e engenheiros do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC do Departamento de Energia e seus colaboradores estão comemorando a conclusão da Câmera Legacy Survey of Space and Time (LSST).



Sendo o coração do Observatório Vera C. Rubin, a câmara de 3.200 megapixels ajudará os investigadores a observar o nosso Universo com detalhes sem precedentes. Ao longo de 10 anos, irá gerar um enorme tesouro de dados sobre o céu noturno do sul, que os investigadores irão explorar em busca de novas informações sobre o universo.

Esses dados ajudarão na busca pela compreensão da energia escura, que está impulsionando a expansão acelerada do universo, e na busca pela matéria escura, a substância misteriosa que constitui cerca de 85% da matéria do universo. Os investigadores também têm planos de usar os dados do Rubin para compreender melhor as mudanças no céu noturno, a Via Láctea e o nosso próprio sistema solar.

“Com a conclusão da câmera LSST exclusiva no SLAC e sua integração iminente com o restante dos sistemas do Observatório Rubin no Chile, em breve começaremos a produzir o maior filme de todos os tempos e o mapa do céu noturno mais informativo já montado”, disse Diretor da Construção do Observatório Rubin e professor da Universidade de Washington, Željko Ivezić.

Para atingir esse objetivo, a equipe do SLAC e seus parceiros construíram a maior câmera digital já construída para astronomia. A câmera tem aproximadamente o tamanho de um carro pequeno e pesa cerca de 3.000 kg (3 toneladas métricas), e sua lente frontal tem mais de 1,5 metro de diâmetro – a maior lente já feita para essa finalidade.

Outra lente de 3 pés de largura teve que ser especialmente projetada para manter a forma e a clareza óptica, ao mesmo tempo que selava a câmara de vácuo que abriga o enorme plano focal da câmera. Esse plano focal é composto por 201 sensores CCD individuais personalizados e é tão plano que varia em não mais do que um décimo da largura de um fio de cabelo humano. Os próprios pixels têm apenas 10 mícrons de largura.

Ainda assim, a característica mais importante da câmera é sua resolução, que é tão alta que seriam necessárias centenas de TVs de ultra-alta definição para exibir apenas uma de suas imagens em tamanho real, disse Aaron, professor do SLAC e vice-diretor do Observatório Rubin e líder do programa de câmeras. Roodman.

"Suas imagens são tão detalhadas que poderiam gerar uma bola de golfe a cerca de 24 quilômetros de distância, enquanto cobrem uma faixa do céu sete vezes maior que a lua cheia. Essas imagens com bilhões de estrelas e galáxias ajudarão a desvendar os segredos do universo ."

Procurando matéria escura e energia escura

Agora que a câmera LSST está completa e foi exaustivamente testada no SLAC, ela será embalada e enviada para o Chile e levada até o Cerro Pachón, a 8.900 pés de altura, nos Andes, onde será içada no topo do Telescópio de Pesquisa Simonyi mais tarde neste ano. ano.

Uma vez instalada e funcionando, o objetivo essencial da câmera é mapear as posições e medir o brilho de um grande número de objetos do céu noturno. A partir desse catálogo, os pesquisadores podem inferir uma riqueza de informações.

Talvez mais notavelmente, a câmera LSST procurará sinais de lentes gravitacionais fracas, nas quais galáxias massivas dobram sutilmente os caminhos que a luz das galáxias de fundo percorre para chegar até nós. Lentes fracas revelam algo sobre a distribuição de massa no universo e como isso mudou ao longo do tempo, o que ajudará os cosmólogos a compreender como a energia escura está impulsionando a expansão do universo.

O observatório é o primeiro construído para estudar lentes fracas nesta escala, e o projeto levou cientistas e engenheiros a desenvolver uma série de novas tecnologias, incluindo novos tipos de sensores CCD e algumas das maiores lentes já fabricadas – e garantir que todas essas os componentes funcionaram bem juntos, disse Martin Nordby, engenheiro sênior da SLAC e gerente de projeto da câmera LSST.

Os cientistas também querem estudar padrões na distribuição das galáxias e como estes mudaram ao longo do tempo, identificando aglomerados de matéria escura e supernovas, o que pode ajudar a uma melhor compreensão tanto da matéria escura como da energia escura.

Risa Wechsler, cosmóloga que dirige o Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas e Cosmologia no SLAC e na Universidade de Stanford, disse que foi um momento extraordinário. “Há tantos cientistas aqui no SLAC e em todo o mundo que encontrarão algo valioso nos dados que esta câmara irá produzir”, disse Wechsler. "Este é um momento emocionante para estudar cosmologia."

O que mais você faz com uma câmera tão grande?

As mesmas imagens que revelam detalhes de galáxias distantes ajudarão os pesquisadores a estudar algo mais próximo de casa:a nossa própria galáxia, a Via Láctea. Muitas das suas estrelas são pequenas e ténues, mas com a sensibilidade da câmara LSST, os investigadores esperam produzir um mapa muito mais detalhado da nossa galáxia, fornecendo informações sobre a sua estrutura e evolução, bem como sobre a natureza das estrelas e outros objetos dentro dela.

Ainda mais perto de casa, os investigadores esperam criar um censo muito mais completo dos muitos pequenos objetos do nosso sistema solar. De acordo com estimativas do Observatório Rubin, o projeto pode aumentar o número de objetos conhecidos por um fator de 10, o que poderia levar a uma nova compreensão de como o nosso sistema solar se formou e talvez ajudar a identificar ameaças de asteróides que se aproximam demais do planeta. .

Finalmente, os cientistas do Rubin irão observar como o céu noturno está a mudar – por exemplo, como as estrelas morrem ou como a matéria cai em buracos negros supermassivos nos centros das galáxias.

Um esforço de equipe

O diretor do SLAC, John Sarrao, disse que a câmera é uma “tremenda conquista” para o laboratório e seus parceiros. “A Câmara LSST e o Observatório Rubin abrirão novas janelas para o nosso universo, produzindo insights profundos sobre alguns dos seus maiores mistérios, ao mesmo tempo que revelam maravilhas mais próximas de casa”, disse Sarrao. "É emocionante ver a experiência científica e técnica do SLAC, a liderança de projetos e as fortes parcerias globais unidas de uma forma tão impactante. Mal podemos esperar para ver o que vem a seguir."

Entre os laboratórios parceiros que contribuíram com conhecimento e tecnologia estão o Brookhaven National Laboratory, que construiu o conjunto de sensores digitais da câmera; o Laboratório Nacional Lawrence Livermore, que com seus parceiros industriais projetou e construiu lentes para a câmera; e o Instituto Nacional de Física Nuclear e de Partículas do Centro Nacional de Pesquisa Científica (IN2P3/CNRS) na França, que contribuiu para o design do sensor e da eletrônica e construiu o sistema de troca de filtro da câmera, que permitirá que a câmera localize seis dispositivos separados faixas de luz do ultravioleta ao infravermelho.

Paul O'Connor, físico sênior da Divisão de Instrumentação de Brookhaven, disse:"A equipe do Brookhaven Lab, alguns dos quais trabalham no projeto há mais de 20 anos, está entusiasmada em ver a conclusão da câmera LSST. Nosso rápido , módulos CCD ultrassensíveis, que desenvolvemos com vários colaboradores, contribuirão para a ciência inovadora fornecida pelo Observatório Rubin durante a próxima década, e estamos ansiosos para colaborar nesta pesquisa astronômica emblemática."

Uma característica fundamental dos conjuntos ópticos da câmera são suas três lentes, uma das quais com 1,57 metros (5,1 pés) de diâmetro é considerada a maior lente óptica de alto desempenho já fabricada no mundo. "O Laboratório Nacional Lawrence Livermore está extremamente orgulhoso de ter tido a oportunidade de projetar e supervisionar a fabricação de grandes lentes e filtros ópticos para a câmera LSST, incluindo a maior lente do mundo", disse Vincent Riot, engenheiro do LLNL e diretor ex-gerente de projeto da câmera LSST.

"O LLNL conseguiu aproveitar sua experiência em óptica de grande porte, construída ao longo de décadas de desenvolvimento dos maiores sistemas de laser do mundo, e está entusiasmado em ver este instrumento sem precedentes concluído e pronto para fazer sua jornada até o Observatório Rubin."

O cientista da câmera IN2P3 / CNRS, Pierre Antilogus, disse:"Para fazer um filme 3D do universo, a câmera teve que tirar uma imagem em cerca de 2 segundos e mudar os filtros em menos de 90 segundos. Isso é um grande feito para uma câmera deste tamanho E se o tamanho do plano focal da Câmera LSST é único, a densidade da tecnologia interna é ainda mais impressionante. Por ser responsável pelo sistema de troca de filtros e contribuir para o plano focal, nossa equipe está encantada por ter participado. esta aventura coletiva para desenvolver uma câmera tão poderosa."

Construir a câmera também foi um desafio gratificante para a equipe do SLAC que a construiu e liderou o projeto, disse Travis Lange, vice-gerente de projeto da câmera e gerente de integração de câmeras. “Estou muito orgulhoso do que construímos”, disse ele. “Este foi um projeto tão único que me expôs a experiências incríveis - quem poderia imaginar que o Secretário de Estado e Presidente da Câmara daria uma conferência de imprensa em frente à sala limpa das câmaras? seguir."

Fornecido pelo Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC