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Telescopio cosmológico de Atacama

El Telescopio Cosmológico de Atacama ( ACT ) fue un telescopio cosmológico de ondas milimétricas ubicado en el Cerro Toco en el desierto de Atacama en el norte de Chile . [1] El ACT realizó sondeos del cielo de alta sensibilidad y resolución en minutos de arco en longitudes de onda de microondas para estudiar la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB), la radiación remanente 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 el ACT, el Telescopio del Polo Sur , el satélite WMAP y el satélite Planck han proporcionado evidencia fundamental para el modelo estándar Lambda-CDM de cosmología. ACT detectó por primera vez siete picos acústicos en el espectro de potencia del CMB , descubrió el cúmulo de galaxias más extremo e hizo la primera detección estadística de los movimientos de cúmulos de galaxias a través del efecto Sunyaev-Zeldovich cinemático por pares . [3]

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

Objetivos científicos

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

Mapa de profundidad y áreas de observación del Telescopio Cosmológico de Atacama

La detección de cúmulos de galaxias y las mediciones posteriores en luz visible y 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 de fondo cósmico de microondas permiten realizar mediciones precisas de parámetros cosmológicos, detectar cúmulos de galaxias, entre otros objetivos científicos, y explorar las etapas tempranas y tardías de la historia de la evolución del universo.

Aspectos científicos más destacados

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

Ubicación

Vista aérea de los Andes desde las cercanías de Calama, Chile. El ACT está ubicado en el Cerro Toco, cerca del Cerro Chajnantor y del 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 el árido y alto (pero de fácil acceso) llano 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 se encuentran 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 cosmológico de Atacama visto desde la parte superior de la pantalla terrestre exterior. La mitad superior del espejo primario segmentado se puede ver por encima de la pantalla terrestre interior que se mueve con el telescopio.
El Telescopio Cosmológico de Atacama. En esta imagen, la pantalla terrestre aún no estaba terminada, lo que permite ver el telescopio.

Telescopio

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

Instrumento

El ACT puede alojar tres cámaras de instrumentos simultáneamente. Con el tiempo, estas cámaras se han actualizado desde el diseño original MBAC hasta el instrumento ACT avanzado actual, agregando progresivamente más funciones como sensibilidad a la polarización y la capacidad de detectar múltiples frecuencias en un módulo de instrumento. Cada cámara del ACT consta de un sistema de tres lentes, el foco gregoriano se reconfigura en un plano focal del detector, un diafragma Lyot reconfigura el espejo primario, lo que permite mitigar la luz difusa.

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

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

Observaciones

Las observaciones se realizan con resoluciones de alrededor de un minuto de arco (1/60 de grado) en tres frecuencias: 145 GHz, 215 GHz y 280 GHz. Cada frecuencia se mide mediante un conjunto 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 mediciones de la temperatura del CMB con una precisión de unas pocas millonésimas de grado. [15] Un sistema de refrigeradores criogénicos de helio mantiene los detectores 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 optimizado a lo largo de los años. Estas cámaras aprovechan los conjuntos de sensores de transición de borde superconductores para lograr una alta sensibilidad.

El primer conjunto de cámaras que poblaron el plano focal ACT (MBAC) constaba de tres cámaras, cada una de ellas sensible a su propia banda y sin sensibilidad a la polarización. La segunda generación de cámaras (ACTPol) añadió sensibilidad a la polarización y fue la primera cámara sensible a dos bandas (dicroica). La tercera generación de cámaras (AdvACT) incorporó los avances logrados en ACTPol, lo que permitió 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 Pensilvania , la NASA/GSFC , la Universidad Johns Hopkins , la Universidad de Columbia Británica , el NIST , la Pontificia Universidad Católica de Chile , la Universidad de KwaZulu-Natal , el Perimeter Institute for Theoretical Physics , el Canadian Institute for Theoretical Astrophysics , la Universidad de Stanford , la Universidad de Stony Brook , la Universidad de Cardiff , el Laboratorio Nacional Argonne , el Haverford College , la Universidad Rutgers , la Universidad de Pittsburgh , la UC Berkeley , la Universidad del Sur de California , la Universidad de Oxford , la Universidad de París-Saclay , la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign , el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC , Caltech , la Universidad McGill , el Centro de Astrofísica Computacional , la Universidad Estatal de Arizona , la Universidad de Columbia , la Universidad Carnegie Mellon , la Universidad de Chicago , el Haverford College , la Universidad Estatal de Florida y la Universidad de West Chester. , la Universidad de Yale y la Universidad de Toronto . [16]

Véase también

Notas

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

Referencias

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  16. ^ "Página web pública de ACT".

Enlaces externos

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