Cómo los investigadores de SLAC se aseguran de que la cámara LSST sea la mejor posible

NEOWISE – Construir la cámara digital más grande del mundo jamás construida para astronomía, la Legacy Space and Time Camera Survey del Observatorio Vera C. Rubin, no es una tarea sencilla: mucho está claro.

La cámara cuenta con un conjunto de sensores de 3200 megapíxeles, algunas de las lentes más grandes jamás fabricadas y una electrónica compleja destinada a tomar un océano de datos astrofísicos de la cámara y enviarlos al mundo.

Lo que puede estar menos claro es cuánto trabajo se necesita para garantizar que la cámara, que fue fabricada en el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del Departamento de Energía, funcione. Después de todo, el sistema fue diseñado específicamente para observar nuestro mundo más amplio y más profundamente que cualquier cámara anterior y, en el proceso, avanzar en los esfuerzos para comprenderlo. Materia oscura Y energía oscura. Convertir planes y diseños tan ambiciosos en realidad requerirá algo de prueba y error y mucha calibración y pruebas.

Aquí, tres miembros del equipo responsable de toda esa calibración y pruebas hablan sobre lo que se hizo para hacer que el LSST fuera el mejor posible.

Haz fotos increíbles aún mejores

Uno de los principales desafíos es “convertir imágenes en conocimiento científico”, dice Yusuke Utsumi, científico de cámara del LSST. Después de todo, una cámara no está diseñada sólo para tomar hermosas fotografías, sino también para crear un mapa preciso del universo, y eso requiere capturar imágenes detalladas y precisas de galaxias distantes. “Queremos medir galaxias precisamente para comprender su naturaleza Materia oscura«.

Para lograrlo se requiere algo más que lentes y sensores diseñados a medida, afirma Utsumi, porque no importa qué tan bien se diseñen y fabriquen estos componentes, habrá inconvenientes. Por ejemplo, piense en una fotografía tomada con una cámara normal: siempre habrá algunas distorsiones en la forma y el color cerca de los bordes. También habrá ligeras distorsiones en los sensores digitales, y efectos similares se aplicarán a una cámara LSST. «Necesitamos entender lo que está pasando allí para poder corregirlo».

Utsumi y su equipo tomaron miles de imágenes durante tres meses utilizando sensores de cámara LSST de todas las formas y tamaños. Luego compararon las imágenes de la cámara con las originales para comprender cómo corregir cualquier distorsión o error. El equipo también ha trabajado en cómo corregir otros problemas, como el hecho de que los objetos más brillantes parecen más grandes de lo que realmente son, así como «fantasmas» o imágenes de un objeto que aparecen debido a interferencias electrónicas entre sensores dentro de la cámara.

«Ahora sabemos mucho sobre la cámara, por lo que será interesante ver cómo funciona en un telescopio», dice Utsumi.

Construye una cámara más infalible

Aunque el trabajo de Utsumi es esencial para que la cámara funcione lo mejor posible, los sensores y las lentes son sólo dos conjuntos de componentes en una cámara del tamaño de un SUV pequeño. La cámara contiene un sistema de refrigeración y vacío, varias computadoras a bordo y una serie de otros dispositivos electrónicos que monitorean y controlan el funcionamiento de la cámara.

Stuart Marshall, físico de operaciones de cámara del LSST, es responsable de garantizar que todos estos sistemas funcionen correctamente. «Una vez que todo funcione correctamente, podremos sentarnos a recopilar datos y habrá un pequeño ejército de personas para observar lo que surge y hacer ciencia», dice. «Me concentré en asegurarme de que todo funcionara para que eso sucediera».

Llegar allí significa mucho trabajo detrás de escena en la infraestructura de la cámara. «Si estás trabajando al revés desde los sensores, para que funcionen, tienen que estar fríos. Tienen que estar a -100 grados Celsius o -148 grados Fahrenheit, y no puedes llegar a -100 grados a menos que Estamos en el vacío y hay que «Tenemos que tener el poder, las comunicaciones y los datos tienen que fluir».

En esta etapa, esto significa hacer muchas pruebas y, si algo sale mal, probar diferentes ideas para determinar la causa del problema y encontrar una solución. Por ejemplo, dice Marshall, el año pasado dedicó mucho tiempo a actualizar el sistema de vacío para mejorar su confiabilidad. Como resultado, el equipo de cámara cambió algunas válvulas y actualizó el software para hacer el sistema más eficiente. «Si estás en la cima de una montaña a 9.000 pies en medio de la cúpula del telescopio, es más fácil cometer errores», dice Marshall, porque hay menos oxígeno en la altitud y más cosas en movimiento que en la sala limpia del SLAC. . «Así que estamos tratando de asegurarnos de que el sistema pueda detectar errores antes de que ocurra cualquier daño. Hay una enorme cantidad de eso integrado en todo el sistema de cámara».

Configure los controles de la cámara para los momentos decisivos

Quizás el desafío más sutil, dice el científico Tony Johnson, es asegurarse de que todo el software de la cámara funcione lo mejor posible. Johnson trabaja en el software de control de la cámara, que la enciende y apaga, reacciona ante condiciones anormales, ajusta los parámetros de la cámara según sea necesario y la apaga si algo sale mal. También funciona con el sistema de adquisición de datos, que toma datos de los sensores de la cámara y los envía al mundo.

«En este punto, casi todo ha desaparecido, pero se podrían mejorar innumerables cosas», dice Johnson. «Por ejemplo, ¿podemos escribir de manera confiable una imagen desde el sistema de adquisición de datos en dos segundos a la vez, o a veces toma un poco más de tiempo y eso causa un problema?»

Entonces, dice Johnson, él y su equipo trabajan para localizar problemas como ese, que pueden involucrar software o hardware, y asegurarse de que todas las piezas funcionen juntas como se espera.

Otro tema en el que está trabajando Johnson: asegurarse de que la cámara funcione como se espera una vez que haga el viaje a Chile, donde se colocará encima del Telescopio de rastreo Simony en el Observatorio Rubin y comenzará a funcionar.

«Un aspecto de esto es que la cámara fue fabricada por un grupo bastante pequeño de personas, y hay un grupo bastante pequeño de personas que son expertos en cada parte de la cámara», dice Johnson. «Lo que necesitamos es una transición a especialistas que trabajen en el observatorio día y noche, por lo que tenemos que transferir bastante conocimiento». Se trata en parte de documentación, pero también significa trabajar con científicos en Chile para identificar problemas potenciales, continuar mejorando el software y hacer que el sistema sea más confiable en general.

«Es un desafío, pero la mayoría de las veces es un desafío emocionante», dice Johnson. «Creo que la mayoría de los que construimos una cámara no la hacemos sólo porque nos guste construir hardware o software, aunque podríamos hacer esas cosas. La construimos porque vemos el objetivo final de obtener nueva ciencia a partir de ella».