АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

Атакамский космологический телескоп

Атака́мский космологи́ческий телеско́п (англ. Atacama Cosmology Telescope, ACT) — радиотелескоп миллиметрового диапазона длин волн, располагавшийся на горе Серро-Токо в пустыне Атакама на севере Чили[1]. Работал с 2007 по 2022 год. Проводил высокочувствительные обзоры неба в микроволновом диапазоне с угловым разрешением порядка 1′ для исследования реликтового излучения. Находясь на высоте 5190 м над уровнем моря в 40 км от Сан-Педро-де-Атакама, являлся одним из самых высокогорных наземных телескопов в мире.

Эксперименты по исследованию реликтового излучения, такие как ACT, Южный полярный телескоп, космические обсерватории WMAP и «Планк», предоставили фундаментальные доказательства в пользу стандартной космологической модели ΛCDM. Телескоп ACT впервые обнаружил 7 акустических пиков в спектре мощности анизотропии реликтового излучения, открыл далёкое массивное скопление галактик Эль-Гордо и впервые статистически зафиксировал движение скоплений галактик с помощью парного кинематического эффекта Сюняева — Зельдовича[2].

Общие сведения
Атакамский космологический телескоп
англ. Atacama Cosmology Telescope, ACT
Тип Радиотелескоп миллиметрового диапазона длин волн
Расположение Пустыня Атакама, северная часть Чили
Координаты 22°57′31″ ю. ш. 67°47′16″ з. д.GЯO
Высота 5190 м
Длины волн 1,07; 0,73; 0,33; 0,20; 0,14 см
Дата открытия 2007
Дата закрытия 2022
Диаметр 6 м
Сайт act.princeton.edu

История

Атакамский космологический телескоп построен в 2007 году и принял первый свет в октябре того же года со своим первым приёмником — миллиметровой болометрической матричной камерой (MBAC). Телескоп претерпел две масштабные модернизации приёмников, сделавших его чувствительным к поляризации: ACTPol[3] (2013—2016) и Advanced ACT[4] (2017—2022). Наблюдения на ACT завершились в середине 2022 года. Проект финансировался Национальным научным фондом США.

Расположение

Водяной пар в атмосфере испускает микроволновое излучение, которое искажает результаты измерений реликтового фона. По этой причине телескопам для исследования реликтового излучения необходимы сухие высокогорные районы. ACT расположен на засушливом, высоко расположенном (но при этом легкодоступном) плато Чайнантор в Андах в пустыне Атакама на севере Чили. Благодаря исключительно благоприятным условиям для наблюдений, а также транспортной доступности по дорогам и близости к портам, в этом регионе расположены и другие обсерватории, включая CBI, ASTE, Nanten, APEX и ALMA. Вместе они образуют обсерваторию Льяно-де-Чайнантор — комплекс астрономических инструментов, работающих преимущественно в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн.

Конструкция

Телескоп

ACT представляет собой внеосевой телескоп системы Григори. Такая оптическая схема позволяет минимизировать искажения в функции рассеяния точки. Отражающая система телескопа состоит из 6-метрового главного зеркала и 2-метрового вторичного зеркала. Оба зеркала являются сегментированными и состоят из алюминиевых панелей: 71 панель на главном зеркале и 11 на вторичном. Панели имеют форму эллипсоида вращения и тщательно выровнены для создания единой поверхности.

В отличие от большинства телескопов, которые следят за вращением небесной сферы во время наблюдений, ACT сканирует небо, сохраняя постоянный угол места и быстро перемещаясь по азимуту туда-обратно со скоростью два градуса в секунду. Вращающаяся часть телескопа весит около 32 тонн, что представляло собой сложную инженерную задачу. Защитный экран вокруг телескопа блокирует фоновое микроволновое излучение, исходящее от земной поверхности. Проектирование, производство и сборку телескопа выполнила компания Dynamic Structures из Ванкувера (Британская Колумбия).

Научные приборы

На телескопе ACT могут одновременно размещаться три инструментальные камеры. Со временем эти камеры модернизировались от первоначального варианта MBAC до Advanced ACT, постепенно добавляя новые функции, такие как чувствительность к поляризации и возможность регистрировать несколько частот в одном модуле. Каждая камера ACT состоит из системы трёх линз; фокус Григори перенаправляется на фокальную плоскость детектора, а лио-диафрагма проецирует главное зеркало, снижая уровень рассеянного света.

Три линзы в ACT изготовлены из кремния с антибликовым (просветляющим) покрытием и охлаждаются до криогенных температур. Кремний является отличным материалом для приборов миллиметрового диапазона благодаря высокому показателю преломления . Просветляющие покрытия в камерах ACTPol и AdvACT выполнены из структурированного кремниевого метаматериала с субволновой структурой, что на тот момент было технологическим новшеством для наземных телескопов реликтового излучения. Оптические компоненты и модуль детекторов находятся в вакуумной камере за пластиковым окном. Набор фильтров отсекает инфракрасное излучение, мешающее наблюдениям в миллиметровом диапазоне.

Излучение термически связывается с болометрами на переходах (TES, transition-edge sensors), считывание данных с которых происходит с помощью матриц СКВИДов (SQUID).

Детекторы

На телескопе ACT сменилось три поколения камер. Каждая камера отражала развитие специализированных детекторных технологий, которые оптимизировались на протяжении многих лет. Высокая чувствительность этих камер достигается за счет использования матриц сверхпроводящих болометров на краях переходов.

  • Первое поколение (MBAC): состояло из трёх камер, каждая из которых была настроена на свой собственный диапазон частот и не обладала чувствительностью к поляризации.
  • Второе поколение (ACTPol): получило чувствительность к поляризации; кроме того, была внедрена первая двухдиапазонная (дихроичная) камера.
  • Третье поколение (AdvACT): объединило в себе достижения ACTPol, благодаря чему все камеры стали двухдиапазонными.

Наблюдения

Наблюдения проводились с угловым разрешением около 1′ на трёх частотах: 145, 215 и 280 ГГц. Измерения на каждой частоте выполняются матрицей размером 3 × 3 см, состоящей из 1024 элементов, что в сумме даёт 3072 детектора. Детекторы представляют собой сверхпроводящие датчики на переходе (TES) — технология, высокая чувствительность которой позволяет измерять колебания температуры реликтового излучения с точностью до нескольких миллионных долей градуса[1]. Криогенная гелиевая система охлаждения поддерживает рабочую температуру детекторов на уровне всего в одну треть градуса выше абсолютного нуля.

Научные цели

Измерения космического микроволнового фонового излучения (реликтового излучения), проведенные в ходе таких экспериментов, как COBE, BOOMERanG, WMAP, CBI, Южный полярный телескоп и других, значительно расширили наши знания о космологии, особенно о ранней эволюции Вселенной. На угловом разрешении 1′, исследуемом телескопом ACT, отчётливо проявляется эффект Сюняева — Зельдовича, благодаря которому скопления галактик оставляют свой отпечаток на реликтовом излучении. Этот метод обнаружения позволяет определять массу скоплений независимо от красного смещения, а это значит, что очень далекие и древние скопления обнаружить так же легко, как и близкие.

Обнаружение скоплений галактик и последующие наблюдения в оптическом и рентгеновском диапазонах дают картину эволюции структуры Вселенной со времён Большого взрыва. Эти данные используются для лучшего понимания природы тёмной энергии, которая, по всей видимости, является доминирующим компонентом Вселенной.

Высокочувствительные наблюдения реликтового излучения позволяют проводить высокоточные измерения космологических параметров, обнаруживать скопления галактик и решать другие научные задачи, исследуя как ранние, так и поздние этапы эволюции Вселенной.

Основные научные достижения

За время своей работы ACT внес значительный вклад в науку, обеспечив:

  • Первое обнаружение семи акустических пиков в спектре мощности реликтового излучения[5].
  • Первое обнаружение эффекта гравитационного линзирования исключительно по карте реликтового излучения[6].
  • Первое измерение кросс-корреляции между оптическими квазарами и линзированием реликтового излучения.
  • Первое измерение кросс-корреляции между линзированием реликтового излучения и гравитационным линзированием галактик.
  • Открытие наиболее экстремального скопления галактик[7].
  • Первое измерение скоростей движения скоплений галактик с использованием парного кинематического эффекта Сюняева — Зельдовича[8][2].
  • Получение уточнённых оценок постоянной Хаббла[9].
  • Предоставление доказательств существования тёмной энергии на основе исключительно данных о реликтовом излучении.
  • Первое статистическое обнаружение линзирования реликтового излучения массивными гало[10].
  • Первое измерение движения скоплений галактик методом реконструкции скоростей[11].
  • Первое совместное измерение теплового и кинематического эффектов Сюняева — Зельдовича для профиля галактики[11].
  • Слепой поиск Девятой планеты[12].

Примечания

  1. ↑ 1 2 Fowler J. W. et al. (2007). “Optical design of the Atacama Cosmology Telescope and the Millimeter Bolometric Array Camera”. Applied Optics [англ.]. 46 (17): 3444—3454. arXiv:astro-ph/0701020. Bibcode:2007ApOpt..46.3444F. DOI:10.1364/AO.46.003444. Архивная копия от 26 августа 2026 на Wayback Machine.
  2. ↑ 1 2 Hand N. et al. (2012). “Evidence of galaxy cluster motions with the kinematic Sunyaev—Zel'dovich effect”. Physical Review Letters [англ.]. 109 (4): 041101. arXiv:1203.4219. Bibcode:2012PhRvL.109d1101H. DOI:10.1103/PhysRevLett.109.041101. Архивная копия от 26 августа 2026 на Wayback Machine.
  3. ↑ Niemack M. D. et al. (2010). “ACTPol: a polarization-sensitive receiver for the Atacama Cosmology Telescope”. Proceedings of the SPIE [англ.]. 7741: 77411S. arXiv:1006.5049. Bibcode:2010SPIE.7741E..1SN. DOI:10.1117/12.857464. Архивная копия от 26 августа 2026 на Wayback Machine.
  4. ↑ Henderson S W. et al. (2016). “Advanced ACTPol cryogenic detector arrays and readout”. Journal of Low Temperature Physics [англ.]. 184 (3—4): 772—779. arXiv:1510.02809. Bibcode:2016JLTP..184..772H. DOI:10.1007/s10909-016-1575-z. Архивная копия от 26 августа 2026 на Wayback Machine.
  5. ↑ Dunkley J. et al. (2011). “The Atacama Cosmology Telescope: Cosmological parameters from the 2008 power spectrum”. The Astrophysical Journal [англ.]. 739 (1): 52. arXiv:1009.0866. DOI:10.1088/0004-637X/739/1/52. Архивная копия от 26 августа 2026 на Wayback Machine.
  6. ↑ Das S. et al. (2011). “Detection of the power spectrum of cosmic microwave background lensing by the Atacama Cosmology Telescope”. Physical Review Letters [англ.]. 107 (2): 021301. arXiv:1103.2124. Bibcode:2011PhRvL.107b1301D. DOI:10.1103/PhysRevLett.107.021301. Архивная копия от 26 августа 2026 на Wayback Machine.
  7. ↑ Menanteau F. et al. (2012). “The Atacama Cosmology Telescope: ACT-CL J0102-4915 "El Gordo," a massive merging cluster at redshift 0.87”. The Astrophysical Journal [англ.]. 748 (1): 7. arXiv:1109.0953. Bibcode:2012ApJ...748....7M. DOI:10.1088/0004-637X/748/1/7. Архивная копия от 26 августа 2026 на Wayback Machine.
  8. ↑ Ferreira P. G. et al. (1999). “Streaming velocities as a dynamical estimator of Ω”. The Astrophysical Journal [англ.]. 515 (1): L1. arXiv:astro-ph/9812456. DOI:10.1086/311959. Архивная копия от 26 августа 2026 на Wayback Machine.
  9. ↑ Choi S. K. et al. (2020). “The Atacama Cosmology Telescope: a measurement of the cosmic microwave background power spectra at 98 and 150 GHz”. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics [англ.] (12): 045. arXiv:2007.07289. Bibcode:2020JCAP...12..045C. DOI:10.1088/1475-7516/2020/12/045. Архивная копия от 26 августа 2026 на Wayback Machine.
  10. ↑ Madhavacheril M. et al. (2015). “Evidence of lensing of the cosmic microwave background by dark matter halos”. Physical Review Letters [англ.]. 114 (15): 151302. arXiv:1411.7999. Bibcode:2015PhRvL.114o1302M. DOI:10.1103/PhysRevLett.114.151302. Архивная копия от 26 августа 2026 на Wayback Machine.
  11. ↑ 1 2 Schaan E. et al. (2021). “Atacama Cosmology Telescope: Combined kinematic and thermal Sunyaev—Zel'dovich measurements from BOSS CMASS and LOWZ halos”. Physical Review D [англ.]. 103 (6): 063513. arXiv:2009.05557. Bibcode:2021PhRvD.103f3513S. DOI:10.1103/PhysRevD.103.063513. Архивная копия от 26 августа 2026 на Wayback Machine.
  12. ↑ Naess S. et al. (2021). “The Atacama Cosmology Telescope: A search for Planet 9”. The Astrophysical Journal [англ.]. 923 (2): 224. arXiv:2104.10264. Bibcode:2021ApJ...923..224N. DOI:10.3847/1538-4357/ac2307. Архивная копия от 26 августа 2026 на Wayback Machine.

Литература

Ссылки

Дополнительно по теме

Категории

© Правообладателем данного материала является АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ».
Использование данного материала на других сайтах возможно только с согласия АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ».