Hos Fermilab i USA er ingeniører og forskere for tiden ved at udvikle en ny detektor til astronomiske teleskoper, der vil være mange gange bedre end de bedste nuværende CCD-kameraer.
Helt konkret arbejder Juan Estradas gruppe hen mod at lave en prototype af en detektor kaldet MKID, som på sigt kan erstatte verdens største CCD-kamera på 570 megapixel, der er placeret ved Victor M. Blanco Teleskopet i Chile.
Det 570 megapixel store CCD-kamera ved Victor M. Blanco Teleskopet i Chile består af i alt 74 CCD-elementer. Det er forsynet med fem optiske filtre, som dækker det synlige og nærinfrarøde område fra 400 nm til 1000 nm.
Det vil i løbet af fem år foretage en meget detaljeret kortlægning af en ottendedel af himlen. Teleskopet vil observere 300 millioner galakser og 100.000 galaksehobe og skønnes at opdage 4.000 supernovaer. Dataopsamlingen begyndte 31. august 2013.
Ud fra disse observationer kan astronomerne bestemme, hvordan universet udvider sig, og ikke mindst få en bedre bestemmelse af den accelererende udvidelse, som langt hovedparten af astrofysikere mener skyldes en ukendt form for mørk energi.
MKID står for mikrobølge kinetisk induktans detektor. Det er et nyt princip, der oprindelig er udviklet af Ben Mazin fra California Institute of Technology (Caltech) i 2003, hvor han beskrev det i en artikel i Nature.
Til trods for de enorme fremskridt, der er sket inden for CCD-teknologi, lider dette princip under, at det ikke muligt at lave en direkte måling af farven af det lys, som rammer detektoren. Derfor er man nødt til at forsyne CCD-kameraer med farvefiltre.
En MKID indeholder en superledende film ved lave temperaturer under en 1 kelvin – hos Fermilab arbejder de med temperaturer ned til 33 millikelvin.
MKID slår CCD på flere parametre
Når en foton rammer den superledende film, vil den bryde elektronpar (Cooper-par), der giver anledning til superledning. Det fører til dannelse af eksitationer eller kvasipartikler i den superledende film, der ‘forstyrrer’ den superledende strøm. Dette er nærmere beskrevet på hjemmesiden for Mazin Lab. Denne ændring kan måles med et mikrobølgekredsløb.
Det betyder, at det i princippet er muligt at detektere en foton af gangen, hvad der ikke er muligt med et CCD-kamera, og samtidig bestemme dens energi og dermed dens farve. Energien for en foton er direkte proportional med frekvensen (og dermed farven).
Ben Mazin beskriver, at MKID har den yderligere fordel, at det er muligt at detektere fortoner fra den ultraviolette område (100 nm) til det midt i det infrarøde område (5 mikrometer), mens CCD-kameraer er begrænset til området 300-1000 nanometer.
Fra småt til stort
Caltech-gruppen har arbejdet med flere MKID-projekter til astronomiske teleskoper, men der har hidtil været tale om små detektorer.
Hos Fermilab ønsker man at udvikle en stort instrument, der er velegnet til kosmologi. Til laboratoriets eget tidsskrift, Fermilab Today, siger Juan Enstrada, at der er lang vej, til et fuldt færdigt instrument kan tages i brug. Det vil bl.a. kræve undersøgelser af, hvordan man indbygger detektoren i en mekanisk konstruktion og får den til at spille sammen med et digitalt processeringssystem.
»Men vi har taget det første skridt, som bringer os nærmere dette ambitiøse mål,« siger han.
I første omgang satser de på inden for nogle år at installere en MKID-prototype ved siden af det nuværende CCD-kamera ved Victor M. Blanco Teleskopet.
Leave a Reply