ESA's Euclid-missie heeft een nieuwe belangrijke mijlpaal bereikt met de levering van de eerste drie ultramoderne detectoren voor de Near-Infrared Spectrometer en Photometer-instrument.

Euclid is een baanbrekende missie om miljarden zwakke sterrenstelsels te observeren en de oorsprong van de versnelde uitdijing van het heelal te onderzoeken. evenals de mysterieuze aard van donkere energie, donkere materie en zwaartekracht. De ruimtetelescoop zal de kenmerken van donkere energie onthullen op de 3D-verdeling van kosmische structuren.

Om deze uitdagende missie uit te voeren, Euclid moet de lucht met zeer hoge precisie onderzoeken op zichtbare en nabij-infrarode golflengten. Deze metingen kunnen niet vanaf de grond worden gedaan, door atmosferische absorptie en turbulentie.

Om zijn doelstellingen te bereiken, Euclid zal twee breedveldinstrumenten aan boord hebben:een Visible Imager (VIS) en een Near-Infrared Spectrometer and Photometer (NISP). Een dichroïsche plaat op de Euclid-telescoop maakt het mogelijk dat binnenkomend licht door beide instrumenten wordt gedeeld, zodat de waarnemingen via beide kanalen parallel kunnen worden uitgevoerd.

De gecombineerde metingen door NISP en VIS zullen gegevens opleveren over clustering van sterrenstelsels en zwakke gravitatielenzen om de verdeling van donkere materie en donkere energie over het heelal te bepalen.

"Deze detectoren vormen het nabij-infrarode 'netvlies' in het 'oog' van Euclides, de telescoop met een diameter van 1,2 meter en bijbehorende wetenschappelijke instrumenten, " zegt René Laureijs, ESA's projectwetenschapper voor de Euclid-missie.

Eén set CCD-detectoren in het VIS-instrument zal het heelal in zichtbaar licht in kaart brengen, maar de nabij-infrarooddetectoren van NISP zijn gevoelig voor golflengten die onzichtbaar zijn voor het menselijk oog, waar zeer verre sterrenstelsels, 6-10 miljard lichtjaar verwijderd, tonen hun piekhelderheid.

"Euclid zal een onbekende ontgrendelen, nabij-infrarood beeld van de hemel door deze sterrenstelsels met ongekende scherpte over meer dan 36% van de hemelbol te fotograferen, " zegt Giuseppe Racca, ESA's projectmanager voor Euclid.

Met een structuur gemaakt van siliciumcarbide, NISP is een zeer complex instrument dat is ontworpen om wetenschappers in staat te stellen de fotometrische en spectroscopische roodverschuiving van sterrenstelsels te bepalen. De nabij-infrarood fotometrische metingen zullen kleurinformatie opleveren voor de sterrenstelsels die worden afgebeeld door VIS, terwijl de spectroscopische roodverschuivingsgegevens de snelheden meten waarmee sterrenstelsels van ons weg bewegen.

NISP wordt ontwikkeld onder verantwoordelijkheid van het Euclid Consortium, met CNES (de Franse ruimtevaartorganisatie) en LAM / CPPM (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille en het Centre de Physique de Particules de Marseille) als de belangrijkste bijdragers. Andere instituten en industrieën in heel Europa – in Frankrijk, Italië, Duitsland, Spanje, Noorwegen, en Denemarken – zijn ook betrokken.

De NISP-detectoren zijn in de VS aangeschaft omdat dergelijke geavanceerde apparaten destijds niet in Europa verkrijgbaar waren. ESA startte een Euclid-toegewijd ontwikkelingsprogramma met Teledyne Imaging Sensors van Camarillo, Californië, de leider in de productie van nabij-infrarooddetectoren die in de astronomie worden gebruikt.

Na de succesvolle kwalificatie van een nieuw type detector, in samenwerking met NASA, de vluchtmodellen zijn ontworpen, verkregen, en getest door NASA's Jet Propulsion Laboratory. Ze werden vervolgens getest en gekarakteriseerd in het detectorlab in het Goddard Space Flight Center van NASA voordat ze aan Europa werden afgeleverd.

Op 24 maart, de eerste drie HgCdTe (kwik-cadmiumtelluride) nabij-infrarooddetectoren voor het NISP-instrument, uitgerust met naderingselektronica die is ontworpen om te werken bij extreem koude, cryogene temperaturen, werden geleverd aan LAM/CPPM in Frankrijk.

Wanneer voltooid, het NISP-instrument zal 16 van deze detectoren bevatten. Elk van hen is samengesteld uit 2040 × 2040 pixels, 18 micron groot.

De detectoren zullen een gezichtsveld van 0,53 vierkante graden bestrijken - iets groter dan twee keer het gebied dat wordt bestreken door een volle maan. Het fotometrische kanaal is uitgerust met 3 breedbandfilters (Y, J en H) die de golflengtebereiken 900-1192 nm bestrijken, 1192-1544 nm en 1544-2000 nm. Het spectroscopische kanaal is uitgerust met vier verschillende, lage resolutie grismen - roosterprisma's die inkomende, nabij-infrarood licht in verschillende golflengten.

"Technisch gezien, NISP is een uitdaging, ", zegt Racca. "Gegevensverwerking aan boord is vereist om de gegevensstroom die wordt gegenereerd door de 4 Megapixel-detectoren met een factor meer dan 100 te verminderen, aangezien het onmogelijk is om alle onbewerkte detectorgegevens naar de grond te brengen. De spectrograaf zal tijdens de 6-jarige prime-missie roodverschuivingen opleveren voor ongeveer 30 miljoen sterrenstelsels.

"NISP is in november 2016 geslaagd voor de Critical Design Review. Hiermee is het startsein gegeven voor de bouw van het NISP-vluchtmodel. De oplevering van het voltooide instrument wordt verwacht in de tweede helft van 2018."

In de tussentijd, na de levering van de VIS-detectoren in januari 2017, de komst van de eerste NISP-detectoren is een belangrijke stap in de ontwikkeling van de instrumentatie van het ruimtevaartuig.

in Euclides, zoals bij andere astronomische missies, de wetenschappelijke instrumenten zijn de eerste vliegapparatuur die wordt geleverd omdat het ruimtevaartuig eromheen is gemonteerd. Evenzo zijn de detectoren de eerste instrumenthardware die gereed is, omdat ze het eerste deel van de "keten" zijn dat moet worden gekarakteriseerd en geassembleerd.

Elke pixel van de NISP nabij-infrarood detectoren wordt nu grondig gekarakteriseerd bij CPPM. Ze zullen vervolgens worden geassembleerd om het NISP-brandpuntsvlak te vormen en uiteindelijk geïntegreerd met de rest van het instrument voor de instrumenttests bij LAM.

Het NISP-instrument wordt in de tweede helft van volgend jaar opgeleverd voor integratie in de Euclid-payloadmodule.