Dopo due decenni di lavoro, scienziati e ingegneri dello SLAC National Accelerator Laboratory del Dipartimento di Energia e i loro collaboratori hanno celebrato il completamento della Legacy Survey of Space and Time LSST, (la fotocamera LSST).
La fotocamera LSST da 3.200 megapixel
Essendo il cuore dell’Osservatorio Vera C. Rubin, finanziato dal DOE e dalla National Science Foundation, la fotocamera LSST da 3.200 megapixel aiuterà i ricercatori a osservare il nostro Universo con dettagli senza precedenti. Nell’arco di dieci anni, genererà un’enorme quantità di dati sul cielo notturno meridionale che i ricercatori estrarranno per acquisire nuove conoscenze.
Questi dati aiuteranno nella ricerca per comprendere l’energia oscura, che sta guidando l’espansione accelerata dell’universo, e nella caccia alla materia oscura, la misteriosa sostanza che costituisce circa l’85% della materia nell’universo. I ricercatori hanno anche in programma di utilizzare i dati di Rubin per comprendere meglio i cambiamenti del cielo notturno, della Via Lattea e del nostro Sistema Solare.
Željko Ivezić direttore della costruzione dell’Osservatorio Rubin e professore dell’Università di Washington, ha dichiarato: “Con il completamento dell’esclusiva fotocamera LSST presso SLAC e la sua imminente integrazione con il resto dei sistemi dell’Osservatorio Rubin in Cile, inizieremo presto a produrre il più grande filmato di tutti i tempi e la mappa più informativa del cielo notturno mai assemblata”.
Per raggiungere questo obiettivo, il team SLAC e i suoi partner hanno costruito la più grande fotocamera digitale mai costruita per l’astronomia. Essa ha all’incirca le dimensioni di una piccola automobile e pesa 3.000 chilogrammi (3 tonnellate), la sua lente anteriore è larga più di un metro e mezzo: la lente più grande mai realizzata per questo scopo.
Un altro obiettivo largo un metro è stato progettato appositamente per mantenere la forma e la chiarezza ottica sigillando allo stesso tempo la camera a vuoto che ospita l’enorme piano focale della fotocamera LSST. Quel piano focale è composto da 201 sensori CCD individuali progettati su misura ed è così piatto che varia di non più di un decimo della larghezza di un capello umano. I pixel stessi sono larghi solo 10 micron.
La caratteristica più importante della fotocamera LSST, tuttavia, è la sua risoluzione, che è così elevata che ci vorrebbero centinaia di televisori ad altissima definizione per visualizzare solo una delle sue immagini a grandezza naturale, ha affermato Aaron, professore dello SLAC, vicedirettore dell’Osservatorio Rubin e responsabile del programma fotocamera: “Le sue immagini sono così dettagliate che potrebbe individuare una pallina da golf a circa 15 miglia di distanza, coprendo una fascia di cielo sette volte più ampia della luna piena. Queste immagini con miliardi di stelle e galassie aiuteranno a svelare i segreti dell’universo”.
E questi segreti sono sempre più importanti da rivelare, ha aggiunto Kathy Turner, responsabile del programma Cosmic Frontier del DOE: “Più che mai, espandere la nostra comprensione della fisica fondamentale richiede uno sguardo più lontano nell’universo. Con la fotocamera LSST al centro, l’Osservatorio Rubin scaverà più profondamente che mai nel cosmo e aiuterà a rispondere ad alcune delle domande più difficili e importanti della fisica odierna”.
Alla ricerca della materia oscura e dell’energia oscura con la fotocamera LSST
Ora che la fotocamera LSST è completa ed è stata accuratamente testata allo SLAC, verrà imballata e spedita in Cile e portata sul Cerro Pachón, alto 8.900 piedi, nelle Ande, dove verrà issata in seguito in cima al Simonyi Survey Telescope quest’anno.
Una volta installata e funzionante, lo scopo essenziale della fotocamera LSST sarà quello di mappare le posizioni e misurare la luminosità di un vasto numero di oggetti del cielo notturno. Da quel catalogo, i ricercatori potranno dedurre una grande quantità di informazioni.
La cosa più importante è che la LSST Camera cercherà segni di una debole lente gravitazionale, in cui le galassie massicce piegano leggermente i percorsi che la luce delle galassie di fondo segue per raggiungerci.
Una lente debole rivela qualcosa sulla distribuzione della massa nell’universo e su come questa sia cambiata nel tempo, il che aiuterà i cosmologi a capire come l’energia oscura stia guidando l’espansione dell’universo.
L’osservatorio è il primo costruito per studiare le lenti deboli su questa scala, e il progetto ha portato scienziati e ingegneri a sviluppare una serie di nuove tecnologie, tra cui nuovi tipi di sensori CCD e alcune delle lenti più grandi mai realizzate.
Gli scienziati vogliono anche studiare i modelli nella distribuzione delle galassie e come questi siano cambiati nel tempo, identificando ammassi di materia oscura e individuando supernove, che possono aiutare a comprendere meglio sia la materia oscura che l’energia oscura.
Risa Wechsler, cosmologa che dirige il Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology presso SLAC e Stanford University, ha affermato: “Ci sono così tanti scienziati qui allo SLAC e in tutto il mondo che troveranno qualcosa di prezioso nei dati che questa fotocamera produrrà. Questo è un momento entusiasmante per studiare la cosmologia”.
Cos’altro puoi fare la fotocamera LSST?
Le stesse immagini che rivelano dettagli di galassie distanti aiuteranno i ricercatori a studiare qualcosa di più vicino a casa: la nostra galassia, la Via Lattea. Molte delle sue stelle sono piccole e deboli, ma con la sensibilità della fotocamera LSST, i ricercatori si aspettano di produrre una mappa molto più dettagliata della nostra galassia, fornendo informazioni sulla sua struttura ed evoluzione, nonché sulla natura delle stelle e di altri oggetti al suo interno.
I ricercatori sperano anche di approfondire i tanti piccoli oggetti celesti presenti nel nostro Sistema Solare. Secondo le stime dell’Osservatorio Rubin, il progetto potrebbe aumentare il numero di oggetti conosciuti di un fattore 10, il che potrebbe portare a una nuova comprensione di come si è formato e forse aiutare a identificare le minacce derivanti dagli asteroidi che si avvicinano al pianeta.
Infine, gli scienziati del Rubin esamineranno come sta cambiando il cielo notturno, ad esempio come muoiono le stelle o come la materia cade nei buchi neri supermassicci al centro delle galassie.
Un lavoro di squadra
Il direttore dello SLAC John Sarrao ha affermato: “La fotocamera LSST e l’Osservatorio Rubin apriranno nuove finestre sul nostro universo, fornendo approfondimenti su alcuni dei suoi più grandi misteri e rivelando anche meraviglie più vicine a casa. È emozionante vedere la competenza scientifica e tecnica di SLAC, la leadership del progetto e le forti partnership globali riunirsi in modo così efficace. Non vediamo l’ora di vedere cosa accadrà dopo”.
Tra i laboratori partner che hanno contribuito con competenze e tecnologia figurano il Brookhaven National Laboratory, che ha costruito la serie di sensori digitali della fotocamera; Lawrence Livermore National Laboratory, che con i suoi partner industriali ha progettato e costruito obiettivi per la stessa; e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e delle Particelle presso il Centro Nazionale per la Ricerca Scientifica (IN2P3/CNRS) in Francia, che ha contribuito alla progettazione del sensore e dell’elettronica e ha costruito il sistema di scambio dei filtri della fotocamera, che le consentirà di adattarsi a sei filtri separati di bande di luce dall’ultravioletto all’infrarosso.
Paul O’Connor, fisico senior della Divisione Strumentazione di Brookhaven, ha dichiarato: “Il team del Brookhaven Lab, alcuni dei quali hanno lavorato al progetto da più di 20 anni, è entusiasta di vedere il completamento della fotocamera LSST. I nostri moduli CCD veloci e ultrasensibili, che abbiamo sviluppato con numerosi collaboratori, contribuiranno alla scoperta scientifica portata avanti dall’Osservatorio Rubin nel prossimo decennio e non vediamo l’ora di collaborare a questa indagine astronomica di punta”.
Una caratteristica fondamentale dei gruppi ottici della fotocamera LSST sono i suoi tre obiettivi, uno dei quali con un diametro di 1,57 metri (5,1 piedi) si ritiene sia il più grande obiettivo ottico ad alte prestazioni mai fabbricato al mondo.
Vincent Riot, un ingegnere LLNL e ex responsabile del progetto LSST Camera ha detto: “Il Lawrence Livermore National Laboratory è estremamente orgoglioso di aver avuto l’opportunità di progettare e supervisionare la fabbricazione delle grandi lenti e dei filtri ottici per la fotocamera LSST, incluso l’obiettivo più grande del mondo. LLNL è stata in grado di sfruttare la propria esperienza nell’ottica di grandi dimensioni, costruita in decenni di sviluppo dei sistemi laser più grandi del mondo, ed è entusiasta di vedere questo strumento senza precedenti completato e pronto per compiere il suo viaggio verso l’Osservatorio di Rubin.”
Pierre Antilogus, scienziato della fotocamera IN2P3/CNRS, ha aggiunto: “Per realizzare un film in 3D dell’universo, la fotocamera LSST dovrà scattare un’immagine in circa 2 secondi e cambiare i filtri in meno di 90 secondi. Questa è una vera impresa per una fotocamera di queste dimensioni. E se la dimensione del piano focale della LSST è unica, la densità della tecnologia al suo interno è ancora più impressionante. Essendo responsabile del sistema di scambio dei filtri e contribuendo al piano focale, il nostro team è lieto di aver preso parte a questa avventura collettiva per sviluppare una tecnologia così potente”.
Travis Lange, vice project manager della fotocamera e responsabile dell’integrazione della stessa, ha concluso: “Sono molto orgoglioso di ciò che abbiamo costruito. Si è trattato di un progetto davvero unico che mi ha fatto vivere esperienze incredibili”.
