_ Metodă de detectare a întunericului materia ar putea duce la o mai bună înțelegere a evoluției galaxiilor

Toată lumea iubește o afacere de două pentru unu – chiar și fizicienii care caută să abordeze întrebările fără răspuns despre cosmos. Acum, oamenii de știință de la Laboratorul Național Accelerator SLAC al Departamentului de Energie obțin doar un astfel de model: detectoarele de particule dezvoltate inițial pentru a căuta materia întunecată sunt acum în măsură să fie incluse la bordul Line Emission Mapper (LEM), un X spațial. Misiune de sondă cu raze propusă pentru anii 2030.

Unul dintre obiectivele principale ale LEM este de a mapa emisiile de raze X ale galaxiilor cu o precizie fără precedent, într-un efort de a înțelege mai bine formarea galaxiilor și istoria universului .

„Acesta ar fi unul dintre puținele sisteme de spectroscopie de înaltă rezoluție din spațiu”, a spus Chris Kenney, om de știință la SLAC. „Din perspectivă tehnologică, spectroscopia cu raze X este de mare interes pentru SLAC. Și este foarte interesant ca tehnologia noastră să fie folosită deasupra atmosferei.”

Galaxiile și clusterele de galaxii sunt cele mai mari obiecte din spațiu, iar înțelegerea evoluției lor îi va ajuta pe fizicieni să obțină o imagine mai clară a istoriei universului. O modalitate prin care oamenii de știință ar putea să cartografieze evoluția galaxiilor este măsurarea razelor X care provin de la stele, supernove și găuri negre din galaxii și din împrejurimile acestora.

Măsurarea direcției și intensității acestor raze X dezvăluie informații despre compoziția obiectelor care le emit și, la rândul său, oferă oamenilor de știință indicii despre ce au făcut acele obiecte în ultimele zeci de miliarde de ani.

Realizarea acestui lucru necesită instrumente spațiale capabile să rezolve cele mai slabe. Liniile de emisie de raze X care provin din mediul circumgalactic sau haloul de gaz care înconjoară galaxiile și mediul intergalactic sau plasma dintre galaxii. De asemenea, sonda trebuie să detecteze razele X care provin din haloul de gaz al Căii Lactee, dar filtrează cumva toate celelalte raze cosmice.

Din fericire pentru echipa de dezvoltare LEM, cercetătorii de la SLAC au creat deja instrumentul perfect pentru job: senzori de margine de tranziție supraconductori (TES) proiectați inițial pentru a detecta materia întunecată ca parte a Căutării criogenice a materiei întunecate (CDMS).

Acești senzori cu peliculă subțire nanofabricați sunt calorimetri precisi care funcționează la temperaturi super reci. „Am luat un design pe care l-am folosit pentru un detector de materie întunecată care este optimizat pentru o rezoluție energetică foarte, foarte bună. Dar este destul de mic, așa că l-am întins pe o zonă mult mai mare pentru a obține aceeași acoperire ca și planul focal de raze X. ”, a spus Noah Kurinsky, om de știință la SLAC.

Kurinsky și colegii săi de la SLAC au colaborat cu cercetătorii de la Universitatea Northwestern din Illinois pentru a găsi designul perfect pentru TES-urile reutilizate, pe care l-au descris într-un Lucrare recentă publicată în Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems.

Matt Cherry, un inginer de la SLAC, a fabricat acești senzori la SLAC de mai bine de un deceniu, dar după o pauză recentă de doi ani. de la fabricarea TES-urilor, a salutat șansa de a le construi din nou. „Din cauza CDMS, avem această tehnologie foarte bine dezvoltată și bine stabilită de construire a acestor senzori și avem deja procesarea”, a spus el. „M-am gândit: „Oh, este minunat, mi-ar plăcea să fac asta din nou”, și era exact ceea ce aveau nevoie.”

Pentru LEM, senzorul bazat pe designul lui Kurinsky se află în spatele sondei X- detector de raze și acționează ca un detector de fundal, cartografiind energia din razele cosmice care pot fi apoi scăzute din datele de raze X. „Scopul a fost doar să etichetăm unde se îndreaptă razele cosmice într-o regiune, dar pentru că rezoluția este atât de bună, putem de fapt reconstrui locația evenimentelor la scara milimetrică, ceea ce este foarte cool”, a spus Kurinsky.

Fără o astfel de cartografiere precisă a razelor cosmice, oamenii de știință pierd 15%-20% din datele colectate, deoarece semnalul nu se poate distinge, a explicat el. Dar senzorul construit de SLAC ar trebui să împiedice deloc nevoia de a elimina orice date.

Echipa SLAC a livrat câțiva senzori nou fabricați către NASA Goddard pentru testare către sfârșitul anului 2023 și, până acum, au a depășit așteptările echipei LEM. „Sunt încântați”, a spus Kurinsky. „Echipa LEM ne-a oferit o listă de cerințe pe care doreau să le îndeplinim, dar senzorul nostru este deja mult mai bun decât atât.”

El este optimist că succesul acestor senzori și sperăm că misiunea LEM va duce la noi colaborări cu misiuni viitoare. „Dacă putem demonstra că acest lucru funcționează foarte bine, atunci este un câmp potențial de creștere pentru noi”, a spus Kurinsky. „Orice misiune care folosește TES pentru a-și detecta fotonii ar putea integra cu ușurință unul dintre aceștia.”

În plus, Kurinsky și colegii săi explorează modul în care stivele acestor detectoare ar putea fi implementate într-un viitor gamma spațial. Experiment cu raze.

Pentru Cherry, a ajuta la proiectarea și fabricarea unui instrument cu care este familiarizat în mod intim pentru un nou obiectiv științific este incredibil de îmbucurător. „A fost distractiv și s-a dovedit a fi extrem de util pentru altcineva”, a spus el. „Este ceva ce SLAC face o treabă bună în stabilirea priorităților. Construim colaborări și facem astfel de proiecte pentru că este interesant și merită făcut.”

(Fluierul)