El Nancy Grace Roman Space Telescope de la NASA selecciona 24 “ojos” de visión térmica

El equipo del Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA, recientemente certificó los 24 dispositivos que necesita la misión. Cuando Roman se lance a mediados de la década de 2020, estos detectores convertirán la luz de las estrellas de grandes áreas del cielo, en señales eléctricas, que luego se decodificarán para transformarlas en imágenes de 300 megapíxeles. Las imágenes permitirán a los astrónomos explorar una amplia gama de objetos y fenómenos celestes, acercándonos a resolver muchos misterios cósmicos.

“Como ojos del telescopio, los detectores de Roman permitirán que se desarrolle toda la actividad científica de la misión”, dijo John Gygax, gerente del sistema de plano focal del Roman Space Telescope en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Ahora, en función de los resultados de nuestras pruebas, nuestro equipo puede confirmar que estos detectores de infrarrojos cumplen con todos los requisitos para los propósitos del telescopio”.

Cada detector tiene 16 millones de píxeles diminutos, lo que proporciona a la misión una resolución de imagen exquisita.

Esta foto muestra 18 de los detectores del Roman Space Telescope montados en una unidad de prueba de ingeniería de la matriz del plano focal de la misión. La matriz del plano focal se incorporará al Wide Field Instrument de Roman, una cámara de 300 megapíxeles que capturará enormes imágenes del cosmos.
Créditos: NASA/Chris Gunn.

“El corazón de los detectores de Roman son millones de fotodiodos de telururo de cadmio-mercurio, que son sensores que convierten la luz en una corriente eléctrica, una para cada píxel”, dijo Greg Mosby, un astrofísico investigador de Goddard que ayuda a evaluar el rendimiento de los detectores de Roman. “Una de las razones por las que elegimos este material es porque al variar la cantidad de cadmio, podemos sintonizar el detector para que tenga una longitud de onda de corte específica. Eso nos permite enfocar con mayor precisión en las longitudes de onda de luz que estamos tratando de ver”.

Para fabricar los detectores, los técnicos de Teledyne Imaging Sensors en Camarillo, California, construyeron los fotodiodos en la base del detector capa por capa. Luego, fijaron el detector a una placa electrónica de silicio que ayudará a procesar las señales de luz usando indio, un metal blando que tiene aproximadamente la misma consistencia que un chicle. Los píxeles se pegaron con una pequeña gota de indio para cada uno.

Las gotas se colocaron meticulosamente a solo 10 micrones de distancia, aproximadamente el ancho de una fibra de algodón típica. Esta alineación precisa asegura que cada uno de los sensores funcionará de forma independiente.

“El equipo de Roman ha pasado años buscando la mejor estrategia para los detectores de la misión”, dijo Mosby. “Es gratificante ver que el arduo trabajo del equipo da sus frutos en este aspecto técnico crucial de la misión. Tenemos muchas ganas de ver cómo las imágenes de estos detectores transforman nuestra comprensión del universo”.

Greg Mosby sostiene uno de los detectores de Roman (a la izquierda) y la cámara de un teléfono móvil (derecha) para comparar el tamaño. Las mejores cámaras modernas de teléfonos móviles pueden proporcionar imágenes de alrededor de 12 megapíxeles, mientras que cada uno de los detectores de Roman contiene 16 megapíxeles. Dado que la cámara de Roman contiene 18 detectores, capturará panorámicas de 300 megapíxeles. La misión llevará a cabo amplios estudios cósmicos con la misma resolución que proporciona el telescopio espacial Hubble.
Créditos: NASA/Chris Gunn.
Magnificando los ojos del Hubble

La combinación de tantos detectores y píxeles le da a Roman su amplio campo de visión, lo que permite que la misión cree imágenes infrarrojas que serán alrededor de 200 veces más grandes de lo que el Hubble puede proporcionar, a la vez que revela el mismo nivel de riqueza de detalles. Se espera que la nave espacial recopile muchos más datos que cualquier otra misión anterior de astrofísica de la NASA. Los científicos tuvieron que desarrollar nuevos procesos que comprimieran y digitalizaran la lluvia de datos de la misión.

Los ingenieros de Goddard también fueron pioneros en métodos de prueba novedosos para garantizar que los detectores satisfagan las necesidades de la misión. Roman requiere detectores extremadamente sensibles para ver señales débiles que captará a grandes distancias en el cosmos. Pero no es fácil crear detectores que cumplan con los estrictos requisitos de calidad de la misión.

El equipo sabía que no todos los detectores pasarían sus rigurosas pruebas, por lo que pidieron más de los que requiere la misión y a partir de ahí seleccionarán los mejores. Los detectores no seleccionados, por lo ser los mejores no se desperdiciarán: algunos están destinados a servir como ojos de otros telescopios que tienen requisitos más indulgentes, mientras que otros se utilizarán para pruebas adicionales en tierra.

Mantener la temperatura

Roman creará enormes panorámicas de alta resolución del universo infrarrojo, basándose en las innovadoras observaciones del Telescopio Espacial Spitzer y complementando el Telescopio Espacial James Webb. Observar el espacio con luz infrarroja es como usar gafas de visión térmica, que nos ayudan a detectar cosas que de otro modo no podríamos detectar. Pero hacerlo requiere detectores precisos y extremadamente fríos.

El Telescopio Espacial Nancy Grace Roman es un observatorio de nueva generación que estudiará el universo infrarrojo desde más allá de la órbita de la Luna. La cámara gigante de la nave espacial, el Wide Field Instrument (WFI), será fundamental para esta exploración.
Créditos: Goddard Space Flight Center de la NASA.

“El espacio es muy oscuro y todo emite luz infrarroja en función de su temperatura”, dijo Dominic Benford, científico del Roman Telescope en la sede de la NASA. “El telescopio, la cámara y los detectores de Roman deben enfriarse para que sean más oscuros que el universo que observarán”.

Dado que podemos detectar la luz infrarroja en forma de calor, los detectores de Roman tendrán que ser superenfriados a una frígida temperatura de -178 grados Celsius. De lo contrario, el calor de los propios componentes de la nave espacial saturaría los detectores, cegando el telescopio. Un radiador redirigirá el calor residual de los componentes de la nave espacial lejos de los detectores hacia el espacio frío, asegurando que Roman sea sensible a las débiles señales de galaxias distantes y otros objetos cósmicos.

El telescopio espacial Nancy Grace Roman supondrá una herramienta indispensable en el futuro, gracias a la combinación de la excelente resolución y las enormes imágenes.

El Nancy Grace Roman Space Telescope se administra en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, con la participación del Jet Propulsion Laboratory de la NASA y Caltech/IPAC en el Sur de California, el Space Telescope Science Institute en Baltimore, y un equipo científico compuesto por científicos de varias instituciones de investigación. Los principales socios industriales son Ball Aerospace and Technologies Corporation en Boulder, Colorado; L3Harris Technologies en Melbourne, Florida; y Teledyne Imaging Sensors en Camarillo, California.

Edición: R. Castro.