Como parte del experimento de fondo cósmico de microondas (CMB) más grande jamás construido, dos veces más grande que los observatorios anteriores, armar el receptor telescópico de gran apertura (derecha) para el Observatorio Simons será un esfuerzo de varios años para los investigadores del laboratorio de Mark Devlin. Crédito:Universidad de Pensilvania
, En una calurosa mañana de principios de julio, un metro de ancho, 8, La estructura metálica de 000 libras se abrió camino desde Boston hasta el laboratorio David Rittenhouse de Penn. El receptor del telescopio de gran apertura (LATR) se cargó cuidadosamente en una carretilla elevadora y se llevó a través de callejones estrechos y estacionamientos antes de ser colocado en el laboratorio de High Bay. mientras estudiantes e investigadores observaban con impaciencia.
Pero ahora es cuando el trabajo y la diversión realmente comienza. Como miembros de la colaboración del Observatorio Simons, Los investigadores del laboratorio de Mark Devlin están dando los toques finales al LATR, el sensor que será el "corazón" de un observatorio astronómico de vanguardia cuyo objetivo es conocer más sobre los primeros momentos del universo.
El Observatorio Simons incluirá una serie de telescopios, ubicado en el alto desierto de Atacama en el norte de Chile, que están diseñados para detectar el fondo cósmico de microondas (CMB). CMB es la radiación residual que dejó el Big Bang, y los astrónomos estudian estas ondas débiles para aprender más sobre los primeros momentos del universo, hace casi 14 mil millones de años. Al estudiar este "resplandor" del Big Bang, los investigadores esperan aprender más sobre la evolución del universo a lo largo del tiempo.
"Es como un fósil, "dice Michele Limon, un ingeniero de sistemas que trabaja en el proyecto del Observatorio Simons, sobre cómo el CMB puede ayudar a los astrónomos a mirar hacia atrás en el tiempo. Limon también dice que el CMB incluso podría usarse en otras áreas de la investigación física, como medir la masa de neutrinos. "El CMB es una herramienta increíble que te permite estudiar todo tipo de cosas, " él dice.
Pero el desafío de medir el CMB es que la señal es increíblemente débil. "Porque es tan tenue, necesitamos controlar el ruido, "explica Zhilei Xu, un postdoctorado en el grupo Devlin. "Y todos los componentes electrónicos funcionan mejor cuando están más fríos. Si hace demasiado calor, son más ruidosos ".
Frío, en el caso del LATR, significa realmente, De Verdad, realmente frio. El CMB existe alrededor de 3 grados Kelvin, casi -450 grados Fahrenheit. Y debido a que el Observatorio Simons quiere estudiar el CMB en el rango de ultra microondas, necesitarán enfriar aún más el detector, hasta 0,1 grados Kelvin. Para tener perspectiva 0 Kelvin se llama cero absoluto, la temperatura teórica más baja que en realidad no es posible alcanzar.
Xu (en la imagen) describe el LATR como el equivalente al sensor del dispositivo de carga acoplada (CCD) en una cámara digital, algo que convierte la luz en electrones, que luego se convierten en una imagen digital, mientras que los otros componentes del telescopio son como la lente. Crédito:Universidad de Pensilvania
Como expertos en criogenia, una rama de la física que se ocupa de crear y estudiar cosas a muy bajas temperaturas, el grupo de Devlin está trabajando para crear el tipo correcto de ambiente súper frío para que los detectores encuentren el CMB. Usando su experiencia, el grupo diseñó la masiva carcasa metálica que albergará toda la tecnología de detección, con los estudiantes de posgrado Ningfeng Zhu y Jack Orlowski-Scherer muy involucrados en el diseño del LATR.
"Hay una potencia de refrigeración limitada del frigorífico, ", dice Orlowski-Scherer sobre el refrigerador ultrafrío que irá dentro del LATR." Tuvimos que diseñar el instrumento de una manera que pudiera coincidir con lo que el refrigerador podía apagar. Permanecer por debajo del límite significaba un diseño cuidadoso, " él dice.
Como el mayor experimento de CMB basado en tierra jamás construido, dos veces más grande que los observatorios anteriores, Zhu dice que el proceso de diseño implicó abordar una serie de desafíos de ingeniería. La cantidad de tiempo dedicado a trabajar en el diseño y la anticipación de esperar para ver si el LATR podía resistir las presiones del vacío fueron "emocionantes, desafiante, y gratificante, ", dice." Es una oportunidad única en la vida ".
El laboratorio de Devlin pasará los próximos meses realizando pruebas para asegurarse de que el LATR, cuya carcasa se fabricó en Boston con todos los componentes con una precisión de 1 mm, funciona como debería antes de instalar el aislamiento, detectores, termómetros, y sensores.
En paralelo, el telescopio de gran apertura, LAT para abreviar, se está produciendo en Alemania con el objetivo de tener tanto el LATR como el LAT ensamblados y enviados a Chile a principios de 2021. El objetivo es que el observatorio recoja su "primera luz" en algún momento de la primavera de 2021.
Devlin, que ha trabajado en este campo durante toda su carrera, dice que el producto terminado será 10 veces más sensible que cualquier otro experimento de CMB en el que haya trabajado. Dice que con un proyecto a tan largo plazo como este es difícil tener un solo aspecto que más espera, pero dice que es "fantástico" tener el LATR aquí en Penn y ver el progreso que se hace todos los días.
"Los objetivos a corto plazo se basan en la tecnología, pero el objetivo a largo plazo es en realidad la ciencia. Dedicamos nuestro tiempo a la tecnología porque, por último, desea tomar medidas sensibles del cielo. Y veremos cosas interesantes la evolución del universo a lo largo del tiempo cósmico, así que solo ver los resultados será divertido, "dice Devlin.
