Forskare vid det amerikanska energidepartementets (DOE) Brookhaven National Laboratory har färdigställt den första "vetenskapsflotten" för Large Synoptic Survey Telescope (LSST), ett massivt teleskop designat för att ta bilder av universum som aldrig förr. Flotten är en del av sensoruppsättningen som kommer att utgöra teleskopets avgörande kamerasegment, och dess slutförande är den första stora milstolpen för Brookhavens roll i projektet.

LSST-projektet är ett samarbete mellan mer än 30 institutioner från hela världen, finansieras främst av DOE:s Office of Science och National Science Foundation. SLAC National Accelerator Lab leder den övergripande DOE-satsningen, och Brookhaven leder konceptualiseringen, design, konstruktion, och kvalificering av den digitala sensoriska arrayen, den "digitala filmen" till LSST:s kamera.

Nu under uppbyggnad på en bergstopp i Chile, LSST kommer att ta en bild av hela himlen på södra halvklotet var tredje natt, gör det möjligt för forskare att skapa en time-lapse-film av universum. Dess kamera kommer att ha ett oöverträffat synfält och, i kombination med teleskopets ljussamlande kraft, LSST kommer att ha en mycket större kapacitet att övervaka himlen än någonsin tidigare.

De 3, 200 megapixel sensoruppsättning som utvecklas i Brookhaven är vad som kommer att göra det möjligt för LSST att fånga denna extraordinära vy när den börjar arbeta 2023.

"Det är hjärtat i kameran, sa Bill Wahl, Science Raft Subsystem Manager för LSST-projektet vid Brookhaven Lab. "Det vi gör här på Brookhaven representerar år av fantastiskt arbete av många begåvade vetenskapsmän och ingenjörer, vilket kommer att leda till en samling bilder som aldrig tidigare setts av någon. Det är en spännande tid för projektet och speciellt för labbet."

LSST:s forskare har designat ett rutnät som består av mer än 200 sensorer, uppdelad i 21 moduler som kallas vetenskapsflottar. Varje flotte kan fungera som en kamera på egen hand men, när de kombineras, de kommer att sy ihop en komplett bild av den synliga himlen. Efter år av design och konstruktion, den första flotten kvalificerades för användning i LSST-kameran i slutet av maj 2017. Brookhaven är nu planerad att bygga ungefär en flotte per månad.

"Färdigställandet av den första flotte är en stor språngbräda, sa Paul O'Connor, Senior forskare vid Brookhaven Labs instrumenteringsavdelning. Forskare vid Brookhaven har framgångsrikt tagit högfientliga bilder med den nyligen färdigställda flotten, bekräftar designens funktionalitet.

Brookhaven började sitt LSST forsknings- och utvecklingsprogram 2003, med byggstart 2014. Under tiden fram till denna milstolpe, en hel produktionsanläggning, tillsammans med produktions- och spårningsprogram, behövde skapas. Under de senaste tre åren, Brookhaven och dess leverantörer har tagit sig an den mödosamma uppgiften att konstruera dessa otroligt exakta bilduppsättningar.

Vetenskapsflotten "är ett föremål som är svårt nog att bygga ensam, men den måste också fungera perfekt när den är i vakuum och kyls till -100° Celsius, " sa O'Connor. Att kyla flottarna förbättrar kamerans känslighet, men det får också delar att dra ihop sig, gör det allt mer komplicerat att designa flottarna exakt.

I sista hand, även med dessa utmaningar, den första flotten färdigställdes i tid och den fullständiga digitala sensoruppsättningen är på väg att levereras till Chile i slutet av 2019.

En gång i drift i Anderna, LSST kommer att tjäna nästan varje delmängd av astrofysikgemenskapen. Det uppskattas att LSST kommer att hitta tiotals miljoner asteroider i vårt solsystem, förutom att erbjuda ny information om skapandet av vår galax.

DOE:s största intresse för att stödja utvecklingen av LSST-kameran, dock, är att undersöka mörk energi och mörk materia – två anomalier som har förbryllat astrofysiker i årtionden.

"Detta är vad många skulle säga är den mest angelägna frågan om grundläggande fysik, O'Connor sa. "Mörk energis och mörk materias natur passar inte in i resten av fysiken."

Forskare avser att använda LSST för att sluta sig till den rumsliga fördelningen av mörk materia genom att titta på hur dess gravitationskraft böjer ljus från lysande materia (materia i universum som avger ljus).

Bilder tagna av LSST kommer också att göras tillgängliga för allmänheten genom en full-sky viewer liknande Google Earth-plattformen. Denna teknik kommer att ge studenter och oberoende forskare möjlighet att undersöka mörk energi och mörk materia, såväl som för en genomsnittlig person att se och utforska stjärnorna.