As equipes do SLAC National Accelerator Laboratory do Departamento de Energia tiraram as primeiras fotos digitais de 3.200 megapixels - as maiores já tiradas em uma única foto - com uma extraordina¡ria gama de sensores de imagem que se tornara£o o coração e a alma da futura ca¢mera do Vera C Observatório Rubin.

As imagens são tão grandes que seriam necessa¡rias 378 telas de TV de ultra-alta definição de 4K para exibir uma delas em tamanho real, e sua resolução étão alta que vocêpoderia ver uma bola de golfe a cerca de 24 quila´metros de distância. Essas e outras propriedades em breve conduzira£o a pesquisas astrofa­sicas sem precedentes.

Em seguida, o conjunto de sensores seráintegrado a  maior ca¢mera digital do mundo , atualmente em construção no SLAC. Uma vez instalada no Observatório Rubin, no Chile, a ca¢mera produzira¡ imagens panora¢micas de todo o canãu meridional - um panorama a cada poucas noites por 10 anos. Seus dados sera£o inseridos na Pesquisa Legado de Espaço e Tempo do Observatório Rubin (LSST) - um cata¡logo de mais gala¡xias do que pessoas vivas na Terra e dos movimentos de inconta¡veis ​​objetos astrofisicos. Usando a ca¢mera LSST, o observata³rio criara¡ o maior filme astrona´mico de todos os tempos e lana§ara¡ luz sobre alguns dos maiores mistanãrios do universo, incluindo matéria escura e energia escura.

As primeiras imagens obtidas com os sensores foram um teste para o plano focal da ca¢mera, cuja montagem foi conclua­da no SLAC em janeiro.

"Este éum grande marco para nós", disse Vincent Riot, gerente de projeto da ca¢mera LSST do Laborata³rio Nacional Lawrence Livermore do DOE. "O plano focal produzira¡ as imagens para o LSST, portanto éo olho capaz esensíveldo Observatório Rubin."

Steven Kahn do SLAC, diretor do observata³rio, disse: "Esta conquista estãoentre as mais significativas de todo o projeto do Observatório Rubin. A conclusão do plano focal da ca¢mera LSST e seus testes bem-sucedidos éuma grande vita³ria da equipe de ca¢meras que capacitara¡ Rubin Observatório para fornecer ciência astrona´mica de próxima geração. "

De certa forma, o plano focal ésemelhante ao sensor de imagem de uma ca¢mera digital de consumo ou da ca¢mera de um telefone celular: ele captura a luz emitida ou refletida por um objeto e a converte em sinais elanãtricos que são usados ​​para produzir uma imagem digital . Mas o plano focal da ca¢mera LSST émuito mais sofisticado. Na verdade, ele contanãm 189 sensores individuais, ou dispositivos acoplados por carga (CCDs), cada um trazendo 16 megapixels para a mesa - quase o mesmo número dos sensores de imagem da maioria das ca¢meras digitais modernas.

Conjuntos de nove CCDs e seus componentes eletra´nicos de suporte foram montados em unidades quadradas, chamadas de "balsas cienta­ficas", no Laborata³rio Nacional de Brookhaven do DOE e enviados para o SLAC. La¡, a equipe de ca¢meras inseriu 21 deles, além de quatro jangadas especiais adicionais não usadas para imagens, em uma grade que os mantanãm no lugar.

O plano focal tem algumas propriedades verdadeiramente extraordina¡rias. Nãoapenas contanãm impressionantes 3,2 bilhaµes de pixels, mas seus pixels também são muito pequenos - cerca de 10 ma­crons de largura - e o pra³prio plano focal éextremamente plano, variando em não mais do que um danãcimo da largura de um fio de cabelo humano. Isso permite que a ca¢mera produza imagens na­tidas em alta resolução. Com mais de 60 centa­metros de largura, o plano focal éenorme em comparação com o sensor de imagem de 1,4 polegada de largura de uma ca¢mera de consumidor full-frame e grande o suficiente para capturar uma parte do canãu do tamanho de cerca de 40 luas cheias. Finalmente, todo o telesca³pio foi projetado de forma que os sensores de imagem sejam capazes de localizar objetos 100 milhões de vezes mais escuros do que aqueles visa­veis a olho nu - uma sensibilidade que permitiria ver uma vela a milhares de quila´metros de distância.

"Essas especificações são simplesmente surpreendentes", disse Steven Ritz, cientista do projeto para a Ca¢mera LSST da Universidade da Califa³rnia, em Santa Cruz. "Esses recursos exclusivos habilitara£o o ambicioso programa de ciências do Observatório Rubin."

Ao longo de 10 anos, a ca¢mera coletara¡ imagens de cerca de 20 bilhaµes de gala¡xias. "Esses dados ira£o melhorar nosso conhecimento de como as gala¡xias evolua­ram ao longo do tempo e nos permitira£o testar nossos modelos de matéria escura e energia escura de forma mais profunda e precisa do que nunca", disse Ritz. "O observata³rio seráuma instalação maravilhosa para uma ampla gama de ciência - de estudos detalhados de nosso sistema solar a estudos de objetos distantes em direção a  borda do universo visível."

A conclusão do plano focal no ini­cio deste ano concluiu seis meses estressantes para a tripulação do SLAC que inseriu as 25 jangadas em seus estreitos slots na grade. Para maximizar a área de imagem, as lacunas entre os sensores nas jangadas vizinhas tem menos de cinco fios de cabelo humanos de largura. Como os sensores de imagem racham facilmente se tocarem um no outro, isso tornava toda a operação muito complicada.

As balsas também são caras - atéUS $ 3 milhões cada.

A engenheira meca¢nica do SLAC, Hannah Pollek, que trabalhou na linha de frente da integração de sensores, disse: "A combinação de altas apostas e tolera¢ncias estreitas tornou este projeto muito desafiador. Mas com uma equipe versa¡til nospraticamente acertamos em cheio".

Os membros da equipe passaram um ano se preparando para a instalação da jangada, instalando várias jangadas de " prática " que não foram para o plano focal final. Isso permitiu que eles aperfeia§oassem o procedimento de puxar cada uma das jangadas de 2 panãs de altura e 20 libras para a grade usando um pa³rtico especializado desenvolvido por Travis Lange do SLAC, engenheiro meca¢nico lider na instalação da jangada.

Tim Bond, chefe da equipe de teste e integração de ca¢meras LSST no SLAC, disse: "O tamanho dos componentes individuais da ca¢mera éimpressionante, assim como os tamanhos das equipes que trabalham neles. Foi necessa¡ria uma equipe bem coreografada para concluir a montagem do plano focal, e absolutamente todos os que trabalham nela estãoa  altura do desafio. "

O plano focal foi colocado dentro de um criostato, onde os sensores são resfriados a 150 graus Fahrenheit negativos, sua temperatura operacional necessa¡ria. Apa³s vários meses sem acesso ao laboratório devido a  pandemia do coronava­rus, a equipe de ca¢meras retomou seu trabalho em maio com capacidade limitada e seguindo ra­gidos requisitos de distanciamento social. Extensos testes estãoem andamento para garantir que o plano focal atenda aos requisitos técnicos necessa¡rios para apoiar o programa de ciências do Observatório Rubin.

Tirar as primeiras imagens de 3.200 megapixels de uma variedade de objetos, incluindo um Romanesco que foi escolhido por sua estrutura desuperfÍcie muito detalhada, foi um desses testes. Para fazer isso sem uma ca¢mera totalmente montada, a equipe do SLAC usou um orifa­cio de 150 ma­crons para projetar imagens no plano focal. Essas fotos, que podem ser exploradas em resolução total online (links na parte inferior do release), mostram os detalhes extraordina¡rios capturados pelos sensores de imagem.

"Tirar essas imagens éuma grande conquista", disse Aaron Roodman do SLAC, o cientista responsável pela montagem e teste da Ca¢mera LSST. "Com as especificações ra­gidas, realmente ultrapassamos os limites do que épossí­vel tirar vantagem de cada mila­metro quadrado do plano focal e maximizar a ciência que podemos fazer com isso."

Um trabalho mais desafiador estãoa  frente conforme a equipe conclui a montagem da ca¢mera.

Nos pra³ximos meses, eles va£o inserir o criostato com o plano focal no corpo da ca¢mera e adicionar as lentes da ca¢mera, incluindo a maior lente a³tica do mundo, um obturador e um sistema de troca de filtro para estudos do canãu noturno em cores diferentes. Em meados de 2021, a ca¢mera do tamanho de um SUV estara¡ pronta para o teste final antes de comea§ar sua jornada para o Chile.

"A conclusão da ca¢mera émuito empolgante e estamos orgulhosos de desempenhar um papel tão central na construção deste componente-chave do Observatório Rubin", disse JoAnne Hewett, chefe de pesquisa do SLAC e diretora associada do laboratório para física fundamental. "a‰ um marco que nos traz um grande passo mais perto de explorar questões fundamentais sobre o universo de uma forma que não fomos capazes antes."