NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope-team heeft onlangs alle 24 detectoren die de missie nodig heeft, voor de vlucht gecertificeerd. Wanneer Roman halverwege de jaren '20 wordt gelanceerd, deze apparaten zetten sterrenlicht om in elektrische signalen, die vervolgens worden gedecodeerd tot 300 megapixel-afbeeldingen van grote delen van de lucht. Met deze afbeeldingen kunnen astronomen een breed scala aan hemellichamen en fenomenen verkennen, brengt ons dichter bij het oplossen van vele dringende kosmische mysteries.

"Als de ogen van de telescoop, Roman's detectoren zullen alle wetenschap van de missie mogelijk maken, " zei John Gygax, de focal plane system manager voor de Roman Space Telescope bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Nutsvoorzieningen, op basis van onze testresultaten, ons team kan bevestigen dat deze infrarooddetectoren voldoen aan alle vereisten voor de doeleinden van Roman."

Elke detector heeft 16 miljoen kleine pixels, de missie voorzien van een voortreffelijke beeldresolutie. Terwijl 18 detectoren in de camera van Roman worden opgenomen, nog eens zes zullen worden gereserveerd als vluchtgekwalificeerde reserveonderdelen.

"Het hart van Roman's detectoren zijn miljoenen kwik-cadmium-telluride fotodiodes, dat zijn sensoren die licht omzetten in een elektrische stroom - één voor elke pixel, " zei Greg Mosby, een onderzoeksastrofysicus bij Goddard die helpt bij het beoordelen van de prestaties van Roman's detectoren. "Een van de redenen waarom we voor dit materiaal hebben gekozen, is dat door de hoeveelheid cadmium te variëren, we kunnen de detector afstemmen op een specifieke afsnijgolflengte. Dat stelt ons in staat om ons nauwkeuriger te concentreren op de golflengten van het licht dat we proberen te zien."

Om de detectoren te maken, technici bij Teledyne Imaging Sensors in Camarillo, Californië bouwde de fotodiodes laag voor laag op de basis van de detector op. Vervolgens, ze bevestigden de detector op een siliciumelektronicabord dat de lichtsignalen zal helpen verwerken met behulp van indium - een zacht metaal dat ongeveer dezelfde consistentie heeft als kauwgom. De pixels werden vastgelijmd met voor elk een kleine druppel indium.

De druppels werden minutieus geplaatst op slechts 10 micron van elkaar - ongeveer de breedte van een typische katoenvezel. Als we een van Roman's detectoren zo lang zouden maken als een zwembad van olympisch formaat, de indiumklodders zouden minder dan een centimeter van elkaar verwijderd zijn. Deze nauwkeurige uitlijning zorgt ervoor dat elk van de sensoren onafhankelijk zal werken.

"Het Romeinse team heeft jaren besteed aan het identificeren van een optimaal recept voor de detectoren van de missie, "Zei Mosby. "Het is verheugend om te zien dat het harde werk van het team zijn vruchten afwerpt voor dit cruciale technische aspect van de missie. We kunnen niet wachten om te zien hoe de beelden van deze detectoren ons begrip van het universum veranderen."

Hubble's neef met grote ogen

Door zoveel detectoren en pixels te combineren, heeft Roman zijn brede gezichtsveld, waardoor de missie infraroodbeelden kan maken die ongeveer 200 keer groter zullen zijn dan Hubble kan bieden, terwijl hetzelfde niveau van rijke details wordt onthuld. Het ruimtevaartuig zal naar verwachting veel meer gegevens verzamelen dan enige andere NASA-astrofysica-missie ervoor. Wetenschappers moesten nieuwe processen ontwikkelen die de stortvloed aan gegevens van de missie zouden comprimeren en digitaliseren.

De technici van Goddard hebben ook nieuwe testmethoden ontwikkeld om ervoor te zorgen dat de detectoren voldoen aan de behoeften van de missie. Roman heeft extreem gevoelige detectoren nodig om zwakke signalen van ver over de kosmos te kunnen zien. Maar het is niet eenvoudig om detectoren te maken die voldoen aan de strenge kwaliteitseisen van de missie.

Het team wist dat niet alle detectoren hun strenge tests zouden doorstaan, dus ze bestelden meer dan de missie vereist en zullen de beste gebruiken. Maar de extra detectoren zullen niet verloren gaan - sommige zijn voorbestemd om te dienen als de ogen van andere telescopen die mildere eisen stellen, terwijl andere zullen worden gebruikt voor aanvullende tests op de grond.

Koel blijven

Roman zal enorme, panorama's met hoge resolutie van het infrarooduniversum, voortbouwend op de baanbrekende waarnemingen van de Spitzer Space Telescope en een aanvulling op de James Webb Space Telescope. Het bekijken van de ruimte in infrarood licht is als het gebruik van een warmtebril, ons helpen om dingen te zien die we anders niet zouden kunnen zien. Maar daarvoor zijn nauwkeurige en extreem koude detectoren nodig.

"De ruimte is erg donker, en alles geeft infrarood licht af volgens zijn temperatuur, " zei Dominic Benford, de Romeinse programmawetenschapper op het NASA-hoofdkwartier. "Romeinse telescoop, camera, en detectoren moeten allemaal worden gekoeld zodat ze donkerder zijn dan het universum waar ze naar zullen kijken."

Omdat we infrarood licht als warmte kunnen detecteren, De detectoren van Roman moeten onderkoeld worden tot een ijskoude -178 graden Celsius. Anders zou de warmte van de eigen componenten van het ruimtevaartuig de detectoren verzadigen, de telescoop effectief verblinden. Een radiator zal de restwarmte van de componenten van het ruimtevaartuig wegleiden van de detectoren naar de koude ruimte, ervoor te zorgen dat Roman gevoelig zal zijn voor zwakke signalen van verre sterrenstelsels en andere kosmische objecten.

De combinatie van Roman's fijne resolutie en enorme beelden is nog nooit eerder mogelijk geweest op een ruimtetelescoop en zal de Nancy Grace Roman Space Telescope in de toekomst tot een onmisbaar hulpmiddel maken.