Il team del telescopio spaziale romano Nancy Grace della NASA ha recentemente certificato il volo tutti e 24 i rilevatori di cui la missione ha bisogno. Quando Roman verrà lanciato a metà degli anni '20, questi dispositivi convertiranno la luce delle stelle in segnali elettrici, che verranno quindi decodificate in immagini da 300 megapixel di ampie porzioni di cielo. Queste immagini permetteranno agli astronomi di esplorare una vasta gamma di oggetti e fenomeni celesti, avvicinandoci alla risoluzione di molti misteri cosmici urgenti.

"Come gli occhi del telescopio, I rilevatori di Roman consentiranno a tutta la scienza della missione, "ha detto John Gygax, il gestore del sistema del piano focale per il telescopio spaziale romano presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Ora, sulla base dei risultati dei nostri test, il nostro team può confermare che questi rilevatori a infrarossi soddisfano tutti i requisiti per gli scopi di Roman."

Ogni rivelatore ha 16 milioni di minuscoli pixel, fornendo alla missione una risoluzione dell'immagine squisita. Mentre 18 rilevatori saranno incorporati nella telecamera di Roman, altri sei saranno riservati come ricambi qualificati per il volo.

"Il cuore dei rivelatori di Roman sono milioni di fotodiodi al mercurio-cadmio-tellururo, che sono sensori che convertono la luce in una corrente elettrica, una per ogni pixel, " ha detto Greg Mosby, un astrofisico ricercatore presso Goddard che sta aiutando a valutare le prestazioni dei rivelatori di Roman. "Uno dei motivi per cui abbiamo scelto questo materiale è perché variando la quantità di cadmio, possiamo sintonizzare il rivelatore per avere una specifica lunghezza d'onda di taglio. Ciò ci consente di concentrarci con maggiore precisione sulle lunghezze d'onda della luce che stiamo cercando di vedere".

Per realizzare i rilevatori, tecnici di Teledyne Imaging Sensors a Camarillo, La California ha costruito i fotodiodi sulla base del rivelatore strato per strato. Quindi, hanno fissato il rilevatore a una scheda elettronica in silicio che aiuterà a elaborare i segnali luminosi utilizzando l'indio, un metallo morbido che ha all'incirca la stessa consistenza della gomma da masticare. I pixel sono stati incollati usando una piccola goccia di indio per ciascuno.

Le gocce sono state meticolosamente posizionate a soli 10 micron di distanza, circa la larghezza di una tipica fibra di cotone. Se ingrandissimo uno dei rilevatori di Roman fino a renderlo lungo quanto una piscina olimpionica, le macchie di indio sarebbero a meno di mezzo pollice l'una dall'altra. Questo preciso allineamento assicura che ciascuno dei sensori funzioni in modo indipendente.

"Il team romano ha impiegato anni a identificare una ricetta ottimale per i rilevatori della missione, " Ha detto Mosby. "È gratificante vedere il duro lavoro del team ripagato su questo aspetto tecnico cruciale della missione. Non vediamo l'ora di vedere come le immagini di questi rivelatori trasformeranno la nostra comprensione dell'universo".

Il cugino con gli occhi spalancati di Hubble

La combinazione di così tanti rilevatori e pixel offre a Roman il suo ampio campo visivo, consentendo alla missione di creare immagini a infrarossi che saranno circa 200 volte più grandi di quelle che Hubble può fornire, rivelando lo stesso livello di ricchezza di dettagli. Si prevede che la navicella raccolga molti più dati di qualsiasi altra missione astrofisica della NASA prima di essa. Gli scienziati hanno dovuto sviluppare nuovi processi in grado di comprimere e digitalizzare la pioggia di dati della missione.

Gli ingegneri di Goddard hanno anche sperimentato nuovi metodi di test per garantire che i rilevatori soddisfino le esigenze della missione. Roman richiede rivelatori estremamente sensibili per vedere segnali deboli provenienti da tutto il cosmo. Ma non è facile creare rilevatori che soddisfino i severi requisiti di qualità della missione.

Il team sapeva che non tutti i rilevatori avrebbero superato i loro severi test, quindi hanno ordinato più di quanto la missione richiede e useranno i migliori. Ma i rivelatori extra non andranno sprecati:alcuni sono destinati a servire come occhi di altri telescopi che hanno requisiti più clementi, mentre altri saranno utilizzati per ulteriori test sul campo.

Rimanere cool

Roman creerà enormi, panorami ad alta risoluzione dell'universo a infrarossi, basandosi sulle osservazioni rivoluzionarie del telescopio spaziale Spitzer e integrando il telescopio spaziale James Webb. Guardare lo spazio alla luce infrarossa è come usare occhiali per la visione del calore, aiutandoci a individuare cose che altrimenti non saremmo in grado di vedere. Ma per farlo sono necessari rilevatori precisi ed estremamente freddi.

"Lo spazio è molto buio, e tutto emette luce infrarossa a seconda della sua temperatura, " ha detto Dominic Benford, lo scienziato del programma romano presso la sede della NASA. "Il telescopio romano, telecamera, e tutti i rivelatori devono essere raffreddati in modo che siano più scuri dell'universo che stanno guardando".

Poiché possiamo rilevare la luce infrarossa come calore, I rivelatori di Roman dovranno essere superraffreddati a un gelido -288 gradi Fahrenheit (-178 gradi Celsius). Altrimenti il ​​calore dei componenti della navicella saturerebbe i rivelatori, accecando efficacemente il telescopio. Un radiatore reindirizzerà il calore disperso dai componenti del veicolo spaziale lontano dai rivelatori verso lo spazio freddo, assicurando che Roman sarà sensibile ai deboli segnali provenienti da galassie lontane e altri oggetti cosmici.

La combinazione della buona risoluzione di Roman e delle enormi immagini non è mai stata possibile prima su un telescopio spaziale e renderà il telescopio spaziale romano Nancy Grace uno strumento indispensabile in futuro.