ESA:s Euclid-uppdrag har passerat ytterligare en viktig milstolpe med leveransen av de tre första toppmoderna detektorerna för instrumentet nära-infraröd spektrometer och fotometer.

Euclid är ett banbrytande uppdrag för att observera miljarder svaga galaxer och undersöka ursprunget till universums accelererande expansion, såväl som mörk energis mystiska natur, mörk materia och gravitation. Rymdteleskopet kommer att avslöja signaturerna för mörk energi på 3D-fördelningen av kosmiska strukturer.

För att utföra detta utmanande uppdrag, Euklid måste övervaka himlen med mycket hög precision vid synliga och nära infraröda våglängder. Dessa mätningar kan inte göras från marken, på grund av atmosfärisk absorption och turbulens.

För att uppnå sina mål, Euclid kommer att bära två bredfältsinstrument:en Visible imager (VIS) och en Near-Infrared Spectrometer and Photometer (NISP). En dikroisk platta på Euclid-teleskopet gör att inkommande ljus kan delas av båda instrumenten, så att observationerna kan utföras parallellt genom båda kanalerna.

De kombinerade mätningarna av NISP och VIS kommer att ge data om galaxkluster och svag gravitationslins för att bestämma fördelningen av mörk materia och mörk energi över universum.

"Dessa detektorer bildar den nära-infraröda "näthinnan" i Euklids "öga", teleskopet med en diameter på 1,2 meter och tillhörande vetenskapliga instrument, säger Rene Laureijs, ESA:s projektforskare för Eukliduppdraget.

En uppsättning CCD-detektorer i VIS-instrumentet kommer att kartlägga universum i synligt ljus, men NISP:s nära-infraröda detektorer är känsliga för våglängder som är osynliga för det mänskliga ögat, där mycket avlägsna galaxer, 6-10 miljarder ljusår bort, visa sin högsta ljusstyrka.

"Euclid kommer att låsa upp en okänd, nära-infraröd vy av himlen genom att ta bilder av dessa galaxer över mer än 36 % av himmelssfären med oöverträffad skärpa, säger Giuseppe Racca, ESA:s projektledare för Euclid.

Med en struktur gjord av kiselkarbid, NISP är ett mycket komplext instrument utformat för att göra det möjligt för forskare att bestämma galaxernas fotometriska och spektroskopiska rödförskjutningar. De nära-infraröda fotometriska mätningarna kommer att ge färginformation för galaxerna som avbildas av VIS, medan de spektroskopiska rödförskjutningsdata kommer att mäta hastigheterna med vilka galaxer rör sig bort från oss.

NISP utvecklas under ansvar av Euclid Consortium, med CNES (den franska rymdorganisationen) och LAM / CPPM (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille och Centre de Physique de Particules de Marseille) som de främsta bidragsgivarna. Andra institut och industrier över hela Europa – i Frankrike, Italien, Tyskland, Spanien, Norge, och Danmark – är också inblandade.

NISP-detektorerna upphandlades i USA eftersom sådana avancerade enheter inte fanns tillgängliga i Europa vid den tiden. ESA startade ett Euclid-dedikerat utvecklingsprogram med Teledyne Imaging Sensors of Camarillo, Kalifornien, ledande inom tillverkning av nära-infraröda detektorer som används inom astronomi.

Efter den framgångsrika kvalificeringen av en ny typ av detektor, i ett samarbete med NASA, flygmodellerna designades, införskaffade, och testad av NASA:s Jet Propulsion Laboratory. De testades och karakteriserades sedan i detektorlabbet vid NASA:s Goddard Space Flight Center innan de levererades till Europa.

Den 24 mars, de första tre HgCdTe (kvicksilverkadmiumtellurid) nära-infraröda detektorer för NISP-instrumentet, utrustad med närhetselektronik som är designad för att fungera i extremt kyla, kryogena temperaturer, levererades till LAM / CPPM i Frankrike.

När det är klart, NISP-instrumentet kommer att innehålla 16 av dessa detektorer. Var och en av dem består av 2040 × 2040 pixlar, 18 mikron i storlek.

Detektorerna kommer att täcka ett synfält på 0,53 kvadratgrader – något större än dubbelt så stor yta som täcks av en fullmåne. Den fotometriska kanalen är utrustad med 3 bredbandsfilter (Y, J och H) som täcker våglängdsområdena 900-1192 nm, 1192-1544 nm och 1544-2000 nm. Den spektroskopiska kanalen är utrustad med fyra olika, lågupplösta grisms – gitterprismor som delar upp inkommande, nära-infrarött ljus till olika våglängder.

"Tekniskt, NISP är en utmaning, " säger Racca. "Inbyggd databehandling krävs för att minska dataströmmen som genereras av 4 megapixeldetektorerna med en faktor över 100, eftersom det är omöjligt att leverera all rå detektordata till marken. Spektrografen kommer att ge rödförskjutningar för cirka 30 miljoner galaxer under det 6-åriga första uppdraget.

"NISP klarade sin Critical Design Review i november 2016. Detta innebar att klartecken för konstruktionen av NISP-flygmodellen gavs. Leverans av det färdiga instrumentet förväntas under andra halvan av 2018."

Under tiden, efter leveransen av VIS-detektorerna i januari 2017, ankomsten av de första NISP-detektorerna är ett viktigt steg i utvecklingen av rymdfarkostens instrumentering.

I Euklid, som i andra astronomiuppdrag, de vetenskapliga instrumenten är den första flyghårdvaran som levereras eftersom rymdfarkosten är monterad runt dem. På samma sätt är detektorerna den första instrumenthårdvaran som förbereds, eftersom de är den första delen av "kedjan" som ska karakteriseras och monteras.

Varje pixel i NISP nära-infraröda detektorer kommer nu att karakteriseras grundligt vid CPPM. De kommer sedan att monteras för att bilda NISP-fokalplanet och slutligen integreras med resten av instrumentet för instrumenttesterna vid LAM.

NISP-instrumentet kommer att levereras för integration i Euclids nyttolastmodul under andra halvan av nästa år.