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Telescopio Cosmológico de Atacama

El Telescopio Cosmológico de Atacama ( ACT ) fue un telescopio cosmológico de ondas milimétricas ubicado en Cerro Toco en el desierto de Atacama en el norte de Chile . [1] ACT realizó estudios del cielo de longitud de onda de microondas y resolución de minutos de arco de alta sensibilidad para estudiar la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB), la radiación reliquia dejada por el proceso del Big Bang . Ubicado a 40 km de San Pedro de Atacama, a una altitud de 5.190 metros (17.030 pies), fue uno de los telescopios terrestres más altos del mundo. [a]

Los experimentos de fondo cósmico de microondas como ACT, el Telescopio del Polo Sur , el satélite WMAP y el satélite Planck han proporcionado evidencia fundamental para el modelo de cosmología estándar Lambda-CDM . ACT detectó por primera vez siete picos acústicos en el espectro de potencia del CMB , descubrió el cúmulo de galaxias más extremo y realizó la primera detección estadística de los movimientos de cúmulos de galaxias mediante el efecto cinemático por pares Sunyaev-Zeldovich . [3]

ACT se construyó en 2007 y vio la luz por primera vez en octubre de 2007 con su primer receptor, la Millimeter Bolometer Array Camera (MBAC). ACT ha tenido dos actualizaciones importantes de receptores que permitieron observaciones sensibles a la polarización: ACTPol [4] (2013-2016) y Advanced ACT [5] (2017-2022). Las observaciones de ACT finalizaron a mediados de 2022. ACT está financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU .

Objetivos científicos

Las mediciones de la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB) mediante experimentos como COBE , BOOMERanG , WMAP , CBI , el Telescopio del Polo Sur y muchos otros, han avanzado enormemente nuestro conocimiento de la cosmología, particularmente de la evolución temprana del universo. En las resoluciones de minutos de arco investigadas por ACT, es prominente el efecto Sunyaev-Zeldovich , por el cual los cúmulos de galaxias dejan una huella en el CMB. Este método de detección proporciona una medición de la masa de los cúmulos independiente del corrimiento al rojo , lo que significa que los cúmulos antiguos y muy distantes son tan fáciles de detectar como los cercanos.

Telescopio de Cosmología de Atacama observando parches y mapa de profundidad

La detección de cúmulos de galaxias y las mediciones de seguimiento en luz visible y de rayos X proporcionan una imagen de la evolución de la estructura del universo desde el Big Bang . Esto se utiliza para mejorar nuestra comprensión de la naturaleza de la misteriosa energía oscura que parece ser un componente dominante del universo.

Las observaciones de alta sensibilidad de la radiación cósmica de fondo de microondas permiten mediciones precisas de parámetros cosmológicos, la detección de cúmulos de galaxias, entre otros objetivos científicos, y sondear las etapas tempranas y tardías de la historia de la evolución del universo.

Destacados científicos

A lo largo de su operación, ACT aportó a la comunidad científica con:

Ubicación

Vista aérea de los Andes vista desde las cercanías de Calama, Chile. ACT está ubicado en Cerro Toco, cerca del Cerro Chajnantor y el Volcán Licancabur.

El vapor de agua en la atmósfera emite radiación de microondas que contamina las mediciones del CMB; por esta razón, los telescopios del CMB se benefician de ubicaciones áridas y de gran altitud. ACT está ubicado en la seca y alta (pero de fácil acceso) meseta de Chajnantor en las montañas andinas en el desierto de Atacama en el norte de Chile. Debido a las excepcionales condiciones de observación del desierto de Atacama y su accesibilidad por carretera y puertos cercanos, varios otros observatorios están ubicados en la región, incluidos CBI , ASTE , Nanten , APEX y ALMA . Estos observatorios y telescopios astronómicos forman el Observatorio Llano de Chajnantor , un grupo de telescopios astronómicos principalmente en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas.

Diseño

El Telescopio de Cosmología de Atacama visto desde la parte superior de la pantalla terrestre exterior. La mitad superior del espejo primario segmentado se puede ver sobre la pantalla interior del suelo que se mueve con el telescopio.
El Telescopio Cosmológico de Atacama. En esta imagen aún no se había completado la pantalla terrestre que permitía ver el telescopio.

Telescopio

El ACT es un telescopio gregoriano fuera de eje . Esta configuración fuera del eje es beneficiosa para minimizar los artefactos en la función de dispersión de puntos. Los reflectores del telescopio constan de un espejo primario de seis metros (236 pulgadas) y un espejo secundario de dos metros (79 pulgadas). Ambos espejos están compuestos por segmentos, compuestos por 71 (primarios) y 11 (secundarios) paneles de aluminio. Estos paneles siguen la forma de un elipsoide de revolución y están cuidadosamente alineados para formar una superficie de unión. A diferencia de la mayoría de los telescopios que siguen el cielo en rotación durante la observación, el ACT observa el cielo manteniendo el telescopio orientado a una elevación constante y escaneando hacia adelante y hacia atrás en azimut a una velocidad relativamente rápida de dos grados por segundo. La parte giratoria del telescopio pesa aproximadamente 32 toneladas (35 toneladas cortas), lo que supone un importante desafío de ingeniería. Una pantalla terrestre que rodea el telescopio bloquea la contaminación proveniente de la radiación de microondas emitida por el suelo. El diseño, fabricación y construcción del telescopio fueron realizados por Dynamic Structures en Vancouver , Columbia Británica .

Instrumento

ACT puede acomodar tres cámaras de instrumentos simultáneamente. Con el tiempo, estas cámaras se han actualizado desde el diseño MBAC original al actual instrumento Advanced ACT, agregando progresivamente más funciones como sensibilidad de polarización y la capacidad de detectar múltiples frecuencias en un módulo de instrumento. Cada cámara en ACT consta de un sistema de tres lentes, el enfoque gregoriano se reproduce en un plano focal de detector, una parada de Lyot vuelve a generar imágenes del espejo primario, lo que permite mitigar la luz parásita.

Las tres lentes de ACT están hechas de silicio recubierto antirreflectante enfriado criogénicamente, un material deseable para instrumentos milimétricos debido a su alto índice de refracción (n=3). Los revestimientos antirreflectantes de ACTPol y AdvACT están hechos de silicio metamaterial estructurado por debajo de la longitud de onda, una innovación en los telescopios terrestres CMB de la época. Los componentes ópticos y el módulo detector se mantienen al vacío mediante una ventana de plástico. Una pila de filtros rechaza la radiación infrarroja, que es perjudicial para las observaciones de longitud de onda en mm.

La radiación está acoplada térmicamente a bolómetros sensores de borde de transición, que se leen mediante una serie de SQUID.

Observaciones

Las observaciones se realizan a resoluciones de aproximadamente un minuto de arco (1/60 de grado) en tres frecuencias: 145 GHz, 215 GHz y 280 GHz. Cada frecuencia se mide mediante una matriz de 1024 elementos de 3 cm × 3 cm (1,2 pulgadas × 1,2 pulgadas), para un total de 3072 detectores. Los detectores son sensores superconductores de borde de transición , una tecnología cuya alta sensibilidad permite medir la temperatura del CMB con una precisión de unas pocas millonésimas de grado. [15] Un sistema de refrigeradores criogénicos de helio mantiene los detectores a un tercio de grado por encima del cero absoluto .

Detectores

ACT ha tenido tres generaciones de cámaras. Cada cámara es el resultado del desarrollo de una tecnología de detección especializada que se ha ido optimizando a lo largo de los años. Estas cámaras aprovechan las matrices de sensores de borde de transición superconductores para lograr una alta sensibilidad.

El primer conjunto de cámaras que poblaron el plano focal ACT (MBAC) constaba de tres cámaras donde cada una era sensible a su propia banda y no tenía sensibilidad a la polarización. La segunda generación de cámaras (ACTPol) añadió sensibilidad a la polarización y la primera cámara en ser sensible a dos bandas (dicroica). La tercera generación de cámaras (AdvACT) incorporó los avances conseguidos en ACTPol, que permitían que todas las cámaras fueran sensibles a dos bandas.

Instituciones

ACT tiene colaboradores en la Universidad de Princeton , la Universidad de Cornell , la Universidad de Pennsylvania , NASA/GSFC , la Universidad Johns Hopkins , la Universidad de Columbia Británica , NIST , la Pontificia Universidad Católica de Chile , la Universidad de KwaZulu-Natal , Perimeter Institute for Theoretical Física , el Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica , la Universidad de Stanford , la Universidad de Stony Brook , la Universidad de Cardiff , el Laboratorio Nacional Argonne , el Haverford College , la Universidad de Rutgers , la Universidad de Pittsburgh , la UC Berkeley , la Universidad del Sur de California , la Universidad de Oxford , la Universidad de Paris-Saclay , Universidad de Illinois en Urbana-Champaign , Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC , Caltech , Universidad McGill , Centro de Astrofísica Computacional , Universidad Estatal de Arizona , Universidad de Columbia , Universidad Carnegie Mellon , Universidad de Chicago , Haverford College , Universidad Estatal de Florida , la Universidad de West Chester , la Universidad de Yale y la Universidad de Toronto . [dieciséis]

Ver también

Notas

  1. ^ El Telescopio de laboratorio receptor (RLT), un instrumento de 80 cm (31 pulgadas), tiene una altura de 5.525 m (18.125 pies), pero no es permanente ya que está fijado al techo de un contenedor de envío móvil. [2] El Observatorio de Atacama de la Universidad de Tokio de 2009 es significativamente más alto que ambos.

Referencias

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  16. ^ "Página web pública de ACT".

enlaces externos

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