Después de 16 años de planificación e ingeniería dedicadas, Científicos del Laboratorio Nacional de Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han completado un conjunto de sensores de 3,2 gigapíxeles para la cámara que se utilizará en el Gran Telescopio de Encuesta Sinóptica (LSST), un telescopio masivo que observará el universo como nunca antes.

"Esta es la matriz de dispositivos de carga acoplada (CCD) más grande que jamás se haya construido, "dijo Paul O'Connor, científico senior de la división de instrumentación de Brookhaven Lab. "Son tres mil millones de píxeles. Ningún telescopio ha puesto tantos sensores en una cámara".

La matriz de sensores digitales está compuesta por aproximadamente 200 sensores de 16 megapíxeles, dividido en 21 módulos denominados "balsas". Cada balsa puede funcionar por sí sola, pero cuando se combinan, verán un área del cielo en la que caben más de 40 lunas llenas en una sola imagen. Los investigadores unirán estas imágenes para crear una película de lapso de tiempo del universo visible completo accesible desde Chile.

Actualmente en construcción en la cima de una montaña en Chile, LSST está diseñado para capturar las imágenes más completas de nuestro universo que jamás se hayan logrado. El proyecto para construir la instalación del telescopio y la cámara es un esfuerzo de colaboración entre más de 30 instituciones de todo el mundo, y está financiado principalmente por la Oficina de Ciencias del DOE y la Fundación Nacional de Ciencias. SLAC National Accelerator Laboratory del DOE está liderando el esfuerzo general para construir la cámara, la cámara más grande del mundo para astronomía, mientras que Brookhaven lideró el diseño, construcción, y calificación de la matriz de sensores digitales:la "película digital" para la cámara.

"Es el corazón de la cámara, "dijo Bill Wahl, Gerente del subsistema de la balsa científica del proyecto LSST en Brookhaven Lab. "Lo que hemos hecho aquí en Brookhaven representa años de gran trabajo por parte de muchos científicos talentosos, ingenieros y técnicos. Su trabajo dará lugar a una colección de imágenes nunca antes vista por nadie. Es un momento emocionante para el proyecto y para el laboratorio ".

Brookhaven inició su programa de investigación y desarrollo LSST en 2003, con la construcción de la matriz de sensores digitales a partir de 2014. En el tiempo previo a la construcción, Brookhaven diseñó y fabricó el equipo de ensamblaje y prueba para las balsas científicas utilizadas tanto en Brookhaven como en SLAC. El laboratorio también creó una sala limpia y una instalación de producción automatizada completa, junto con software de producción y seguimiento.

"Nos aseguramos de automatizar la mayor cantidad posible de las instalaciones de producción, "Dijo O'Connor." Probar una sola balsa podría llevar hasta tres días. Trabajábamos con un horario apretado, así que teníamos nuestras instalaciones automatizadas funcionando 24 horas al día, 7 días a la semana. Por supuesto, por preocupación por la seguridad, siempre tuvimos a alguien monitoreando las instalaciones durante el día y la noche ".

Construyendo la compleja matriz de sensores, que funciona en vacío y debe enfriarse a -100 ° Celsius, es un desafío en sí mismo. Pero el equipo de Brookhaven también tuvo la tarea de probar cada balsa completamente ensamblada, así como sensores individuales y electrónica. Una vez que se completó cada balsa, era necesario empacarlo cuidadosamente en un entorno protector para poder enviarlo de forma segura a todo el país a SLAC.

El equipo de LSST en Brookhaven completó la primera balsa en 2017. Pero poco después, se les presentó un nuevo desafío.

"Más tarde descubrimos que las características de diseño llevaban inadvertidamente a la posibilidad de que los cables eléctricos de las balsas pudieran sufrir un cortocircuito, ", Dijo O'Connor." La tasa a la que este efecto estaba afectando a las balsas era sólo del orden del 0,2%, pero para evitar cualquier posibilidad de degradación, nos tomamos la molestia de reacondicionar casi todas las balsas ".

Ahora, solo dos años después del inicio de la producción de balsas, el equipo ha construido y enviado con éxito la balsa final a SLAC para su integración en la cámara. Esto marca el final de un proyecto de 16 años en Brookhaven, que será seguido por muchos años de observación astronómica.

Muchos de los talentosos miembros del equipo reclutados en Brookhaven para el proyecto LSST eran ingenieros y técnicos jóvenes contratados recién salidos de la escuela de posgrado. Ahora, todos han sido asignados a proyectos de física en curso en el laboratorio, como actualizar el detector PHENIX en el Colisionador de iones pesados ​​relativista, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE para la investigación de física nuclear, a sPHENIX, así como el trabajo en curso con el detector ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN. Brookhaven es el laboratorio anfitrión de EE. UU. Para la colaboración ATLAS

"El papel de Brookhaven en el proyecto de la cámara LSST brindó nuevas y emocionantes oportunidades para los ingenieros, técnicos, y científicos en electroóptica, donde deben cumplirse especificaciones muy exigentes, "Dijo Wahl." El equipo multidisciplinario que reunimos hizo un excelente trabajo al lograr los objetivos de diseño y estoy orgulloso de nuestro tiempo juntos. Ver a los ingenieros y científicos jóvenes convertirse en miembros del equipo muy capaces fue muy gratificante ".

Brookhaven Lab seguirá desempeñando un papel importante en el futuro de LSST. A medida que el telescopio pasa por su fase de puesta en servicio, Los científicos de Brookhaven actuarán como expertos en el conjunto de sensores digitales de la cámara. También brindarán apoyo durante las operaciones de LSST, que se prevé que comiencen en 2022.

"La puesta en servicio de una cámara tan compleja será un esfuerzo emocionante y desafiante, "dijo el físico de Brookhaven Andrei Nomerotski, quien lidera las contribuciones de Brookhaven a las fases de puesta en servicio y operación del proyecto LSST. "Después de años de utilizar fuentes de señales artificiales para la caracterización del sensor, estamos deseando ver estrellas y galaxias reales en los CCD del LSST ".

Una vez operativo en la Cordillera de los Andes, LSST servirá a casi todos los subconjuntos de la comunidad astrofísica. Quizás lo más importante LSST permitirá a los científicos investigar la energía oscura y la materia oscura, dos acertijos que han desconcertado a los físicos durante décadas. También se estima que LSST encontrará millones de asteroides en nuestro sistema solar, además de ofrecer nueva información sobre la creación de nuestra galaxia. Las imágenes capturadas por LSST estarán disponibles para físicos y astrónomos en los Estados Unidos y Chile de inmediato. haciendo del LSST uno de los experimentos de cosmología más avanzados y accesibles jamás creados. Tiempo extraordinario, los datos se pondrán a disposición del público en todo el mundo.