Dans le cadre de la plus grande expérience au sol de fond diffus cosmologique (CMB) jamais réalisée, deux fois plus grand que les observatoires précédents, assembler le récepteur du télescope à grande ouverture (à droite) pour l'observatoire Simons sera un effort pluriannuel pour les chercheurs du laboratoire de Mark Devlin. Crédit :Université de Pennsylvanie
, Par une chaude matinée de début juillet, une largeur de sept pieds, 8, Une structure métallique de 1 000 livres a fait son chemin de Boston au laboratoire David Rittenhouse de Penn. Le récepteur du télescope à grande ouverture (LATR) a été soigneusement chargé sur un chariot élévateur et transporté dans des ruelles étroites et des parkings avant d'être placé dans le laboratoire de High Bay, tandis que les étudiants et les chercheurs regardaient avec impatience.
Mais c'est maintenant que le travail, et le plaisir, commence vraiment. En tant que membres de la collaboration Observatoire Simons, les chercheurs du laboratoire de Mark Devlin mettent maintenant la touche finale au LATR, le capteur qui sera le "cœur" d'un observatoire astronomique de pointe dont le but est d'en savoir plus sur les premiers instants de l'univers.
L'Observatoire Simons comprendra une série de télescopes, situé dans le haut désert d'Atacama au nord du Chili, qui sont conçus pour détecter le fond diffus cosmologique (CMB). CMB est le rayonnement résiduel laissé par le Big Bang, et les astronomes étudient ces faibles ondes pour en savoir plus sur les premiers instants de l'univers, il y a près de 14 milliards d'années. En étudiant cette « rémanence » du Big Bang, les chercheurs espèrent en savoir plus sur l'évolution de l'univers au fil du temps.
"C'est comme un fossile, " dit Michèle Limon, un ingénieur système travaillant sur le projet de l'Observatoire Simons, sur la façon dont le CMB peut aider les astronomes à remonter le temps. Limon dit également que le CMB pourrait même être utilisé dans d'autres domaines de la recherche en physique, comme mesurer la masse des neutrinos. "Le CMB est un outil formidable qui permet d'étudier toutes sortes de choses, " il dit.
Mais le défi avec la mesure du CMB est que le signal est incroyablement faible. "Parce que c'est si faible, nous devons contrôler le bruit, " explique Zhilei Xu, un post-doctorat dans le groupe Devlin. "Et tous les appareils électroniques fonctionnent mieux lorsqu'ils sont plus froids. S'il fait trop chaud, ils sont plus bruyants."
Froid, dans le cas du LATR, signifie vraiment, vraiment, vraiment froid. Le CMB existe autour de 3 degrés Kelvin, près de -450 degrés Fahrenheit. Et parce que l'Observatoire Simons veut étudier le CMB dans le domaine ultra-micro-ondes, ils devront rendre le détecteur encore plus froid, jusqu'à 0,1 degré Kelvin. Pour le point de vue, 0 Kelvin est appelé zéro absolu, la température théorique la plus basse qu'il n'est pas réellement possible d'atteindre.
Xu (photo) décrit le LATR comme l'équivalent du capteur à dispositif à couplage de charge (CCD) d'un appareil photo numérique, quelque chose qui convertit la lumière en électrons, qui sont ensuite convertis en une image numérique, tandis que les autres composants du télescope sont comme la lentille. Crédit :Université de Pennsylvanie
En tant qu'experts en cryogénie, une branche de la physique qui traite de la création et de l'étude des choses à très basse température, le groupe Devlin travaille à la création du bon type d'environnement ultra-froid pour que les détecteurs trouvent le CMB. Grâce à leur savoir-faire, le groupe a conçu la coque métallique massive qui abritera toute la technologie de détection, avec les étudiants diplômés Ningfeng Zhu et Jack Orlowski-Scherer fortement impliqués dans la conception du LATR.
« La puissance de refroidissement du réfrigérateur est limitée, " explique Orlowski-Scherer à propos du réfrigérateur ultra-froid qui ira à l'intérieur du LATR. "Nous avons dû concevoir l'instrument d'une manière qui puisse correspondre à ce que le refroidisseur était capable de produire. Rester sous la limite signifiait une conception soignée, " il dit.
En tant que plus grande expérience CMB au sol jamais construite, deux fois plus grand que les observatoires précédents, Zhu dit que le processus de conception impliquait de relever un certain nombre de défis techniques. Le temps passé à travailler sur la conception et l'attente d'attendre de voir si le LATR pourrait tenir sous des pressions de vide étaient « excitants, difficile, et enrichissant, " dit-il. " C'est une opportunité unique dans une vie. "
Le laboratoire Devlin passera les mois à venir à effectuer des tests pour s'assurer que le LATR, dont la coque a été fabriquée à Boston avec tous les composants précis à 1 mm, fonctionne comme il se doit avant d'installer l'isolant, détecteurs, thermomètres, et capteurs.
En parallèle, le télescope à grande ouverture, LAT pour faire court, est produit en Allemagne dans le but d'assembler et d'expédier le LATR et le LAT au Chili au début de 2021. L'objectif est que l'observatoire recueille sa "première lumière" au printemps 2021.
Devlin, qui a travaillé dans ce domaine pendant toute sa carrière, dit que le produit fini sera 10 fois plus sensible que toute autre expérience CMB sur laquelle il a travaillé. Il dit qu'avec un projet à si long terme comme celui-ci, il est difficile d'avoir un seul aspect qu'il attend le plus avec impatience, mais dit que c'est "fantastique" d'avoir le LATR ici à Penn et de voir les progrès qui sont réalisés chaque jour.
"Les objectifs à court terme sont basés sur la technologie, mais l'objectif à long terme est en fait la science. Nous passons notre temps sur la technologie parce que, finalement, vous voulez prendre des mesures sensibles du ciel. Et nous allons regarder des trucs sympas, l'évolution de l'univers au cours du temps cosmique, donc juste pour voir les résultats arriver sera amusant, " dit Devlin.
