NASA:s Nancy Grace Roman Space Telescope-team flygcertifierade nyligen alla 24 detektorer som uppdraget behöver. När Roman lanseras i mitten av 2020-talet, dessa enheter kommer att omvandla stjärnljus till elektriska signaler, som sedan kommer att avkodas till 300-megapixelbilder av stora fläckar av himlen. Dessa bilder kommer att tillåta astronomer att utforska ett stort antal himmelska föremål och fenomen, för oss närmare att lösa många angelägna kosmiska mysterier.

"Som teleskopets ögon, Romans detektorer kommer att möjliggöra hela uppdragets vetenskap, " sa John Gygax, systemansvarig för fokalplanet för det romerska rymdteleskopet vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Nu, baserat på våra testresultat, vårt team kan bekräfta att dessa infraröda detektorer uppfyller alla krav för Romans ändamål."

Varje detektor har 16 miljoner små pixlar, förse uppdraget med utsökt bildupplösning. Medan 18 detektorer kommer att integreras i Romans kamera, ytterligare sex kommer att reserveras som flygkvalificerade reservdelar.

"Hjärtat i Romans detektorer är miljontals kvicksilver-kadmium-telluridfotodioder, som är sensorer som omvandlar ljus till en elektrisk ström—en för varje pixel, sa Greg Mosby, en forskningsastrofysiker vid Goddard som hjälper till att bedöma prestandan hos Romans detektorer. "En av anledningarna till att vi valde detta material är att genom att variera mängden kadmium, vi kan ställa in detektorn för att ha en specifik cutoff-våglängd. Det gör att vi kan fokusera mer exakt på ljusets våglängder vi försöker se."

För att göra detektorerna, tekniker på Teledyne Imaging Sensors i Camarillo, Kalifornien byggde upp fotodioderna på basen av detektorn lager för lager. Sedan, de fäste detektorn på ett elektronikkort av kisel som hjälper till att bearbeta ljussignalerna med indium – en mjuk metall som har ungefär samma konsistens som tuggummi. Pixlarna limmades fast med en liten droppe indium för var och en.

Dropparna placerades noggrant med bara 10 mikrometers mellanrum - ungefär samma bredd som en typisk bomullsfiber. Om vi ​​skalade upp en av Romans detektorer till att vara lika lång som en simbassäng i olympisk storlek, indiumklumparna skulle vara mindre än en halv tum från varandra. Denna exakta inriktning säkerställer att var och en av sensorerna fungerar oberoende av varandra.

"Det romerska teamet har ägnat år åt att identifiera ett optimalt recept för uppdragets detektorer, ", sa Mosby. "Det är glädjande att se lagets hårda arbete löna sig på denna avgörande tekniska aspekt av uppdraget. Vi kan inte vänta med att se hur bilderna från dessa detektorer förändrar vår förståelse av universum."

Hubbles storögda kusin

Att kombinera så många detektorer och pixlar ger Roman dess breda synfält, gör det möjligt för uppdraget att skapa infraröda bilder som kommer att vara cirka 200 gånger större än vad Hubble kan tillhandahålla samtidigt som de avslöjar samma detaljnivå. Rymdfarkosten förväntas samla in mycket mer data än något annat NASA-astrofysikuppdrag före det. Forskare var tvungna att utveckla nya processer som kommer att komprimera och digitalisera uppdragets skyfall av data.

Goddards ingenjörer var också banbrytande för nya testmetoder för att säkerställa att detektorerna kommer att möta uppdragets behov. Roman kräver extremt känsliga detektorer för att se svaga signaler från långt över kosmos. Men det är inte lätt att skapa detektorer som uppfyller uppdragets stränga kvalitetskrav.

Teamet visste att inte alla detektorer skulle klara sina stränga tester, så de beställde mer än uppdraget kräver och kommer att använda de bästa. Men de extra detektorerna kommer inte att gå till spillo – vissa är avsedda att fungera som ögonen på andra teleskop som har mildare krav, medan andra kommer att användas för ytterligare tester på marken.

Håller sig cool

Roman kommer att skapa enorma, högupplösta panoramabilder av det infraröda universum, bygger på Spitzer Space Telescopes banbrytande observationer och kompletterar James Webb Space Telescope. Att se utrymme i infrarött ljus är som att använda värmeglasögon, hjälper oss att upptäcka saker som vi inte skulle kunna se annars. Men att göra det kräver exakta och extremt kalla detektorer.

"Rymden är väldigt mörk, och allt avger infrarött ljus beroende på dess temperatur, sa Dominic Benford, den romerska programforskaren vid NASA:s högkvarter. "Romans teleskop, kamera, och alla detektorer måste kylas så att de är mörkare än universum de kommer att titta på."

Eftersom vi kan upptäcka infrarött ljus som värme, Romans detektorer måste underkylas till kyliga -288 grader Fahrenheit (-178 grader Celsius). Annars skulle värme från rymdfarkostens egna komponenter mätta detektorerna, effektivt förblinda teleskopet. En radiator kommer att omdirigera spillvärme från rymdfarkostens komponenter bort från detektorerna ut i kallt utrymme, se till att Roman kommer att vara känslig för svaga signaler från avlägsna galaxer och andra kosmiska objekt.

Kombinationen av Romans fina upplösning och enorma bilder har aldrig tidigare varit möjlig på ett rymdbaserat teleskop och kommer att göra Nancy Grace Roman Space Telescope till ett oumbärligt verktyg i framtiden.