Кіріспе

Атакама космологиялық телескопы (ACT) – Чилидің солтүстігіндегі Атакама шөлісіндегі Серро Токо тауында орналасқан космологиялық миллиметрлік толқынды телескоп. ACT ғаламдық микротолқынды фондық сәулеленуді (CMB) зерттеу үшін жоғары сезімталдықпен, минуттық ажыратымдылықпен және микротолқынды ұзындықтарда аспанды зерттеу жүргізді. Сан-Педро-де-Атакамадан 40 км қашықтықта, теңіз деңгейінен биік орналасқан бұл телескоп әлемдегі ең биік орналасқан телескоптардың бірі болды. ACT, Оңтүстік полюс телескопы, WMAP спутнигі және Planck спутнигі сияқты ғарыштық микротолқынды эксперименттер стандартты ΛCDM космологиялық моделіне негізгі дәлелдер ұсынды. ACT алғаш рет КМБ-ның қуат спектріндегі жеті акустикалық шыңын анықтады, ең қаурылтақымыз галактикалар шоғырын ашты және жұптық кинематикалық Суняев-Зельдович эффектісі арқылы галактикалар шоғырының қозғалысын статистикалық тұрғыдан алғаш рет анықтады. ACT 2007 жылы салынды және алғашқы қабылдағышы – миллиметрлік болометрлік массивтік камера (MBAC) 2007 жылдың қазан айында жұмыс істеді. ACT-де поляризацияға сезімтал байқауларды жүзеге асыруға мүмкіндік берген екі маңызды қабылдағыш жаңартуы болды: ACTPol (2013–2016) және Advanced ACT (2017–2022). ACT байқаулары 2022 жылдың ортасында аяқталды. ACT АҚШ Ұлттық ғылым қорымен қаржыландырылады.

Ғылыми мақсаттар

Космостық микротолқындық фондық сәулеленуді (КМФС) COBE, BOOMERanG, WMAP, CBI, Оңтүстік полюс телескопы және тағы да көптеген эксперименттер арқылы өлшеу, ғаламтану туралы білімімізді, әсіресе ғаламның бастапқы эволюциясын едәуір дамытты. ACT зерттеген минуттық бұрыштардағы ажыратымдылықта галактикалар шоғыры КМФС-де із қалдыратын Суняев-Зельдович эффектісі анық байқалады. Бұл анықтау әдісі шоғырлардың массасын қызыл жылжуға тәуелсіз өлшеуге мүмкіндік береді, яғни алыс, көне шоғырларды жақын шоғырлармен салыстырғанда анықтау оңай. Галактикалар шоғырларын анықтау және одан кейінгі көрінетін және рентген сәулелеріндегі өлшемдер, Ұлы жарылыстан бері ғалам құрылымының эволюциясы туралы толық картина береді. Бұл, ғаламның басым бөлігін құрайтын құпия қара энергияның мәнін түсінуді жақсартуға септігін тигізеді. Космостық микротолқындық фондық сәулеленуді жоғары сезімталдықпен бақылау, космологиялық параметрлерді дәл өлшеуге, галактикалар шоғырларын анықтауға және ғаламның эволюция тарихының бастапқы және соңғы кезеңдерін зерттеуге, сондай-ақ басқа да ғылыми мақсаттарға мүмкіндік береді.

Орналасқан жері

Атмосферадағы су буы CMB өлшеулерін бұзған микротолқынды сәулелену шығарады, сондықтан CMB телескоптары құрғақ, биік орналасқан жерлерде тиімді жұмыс істейді. ACT Чилидің солтүстігіндегі Атакама шөліндегі Анд тауларындағы құрғақ және биік (бірақ оңай қолжетімді) Чажнатор үстіртінде орналасқан. Атакама шөлінің ерекше бақылау жағдайлары мен автомобиль жолдары және жақын порттар арқылы қолжетімділігіне байланысты, аймақта CBI, ASTE, Нантен, APEX және ALMA сияқты тағы бірнеше обсерваториялар орналасқан. Бұл астрономиялық обсерваториялар мен телескоптар миллиметрлік және миллиметрден кіші толқын ұзындықтарында жұмыс істейтін астрономиялық телескоптардың Ллано-де-Чайнантор обсерваториясы кластерін құрайды.

Телескоп

ACT – бұл осінен шыққан грегориандық телескоп. Бұл осінен шыққан конфигурация нүктелік таралу функциясындағы артефакттарды азайтуға көмектеседі. Телескоптың шағылыстырғыштары негізгі және қосымша айналардан тұрады. Екі айна да сегменттерден құралған, олар 71 (негізгі) және 11 (қосымша) алюминий панельден тұрады. Бұл панельдер айналма эллипсоид пішінін сақтайды және біріккен бетті құру үшін мұқият реттеледі. Көптеген телескоптар байқау кезінде айналып тұратын аспанды қадағалап отырады, ал ACT телескопты тұрақты биіктікте ұстап, азимут бойынша секундына екі градус жылдамдықпен алға-артқа сканерлеу арқылы аспанды бақылайды. Телескоптың айналатын бөлігінің салмағы шамамен , бұл үлкен инженерлік қиындық тудырады. Телескопты қоршаған жер экраны жерден шығатын микротолқынды сәулеленуден туындайтын ластануды тоқтатады. Телескоптың дизайны, өндірісі және құрылысы Ванкувердегі (Британдық Колумбия) Dynamic Structures компаниясымен жасалды.

Құрал

ACT бір уақытта үш құралдық камераны орналастыра алады. Уақыт өте келе, бұл камералар бастапқы MBAC дизайнынан қазіргі Advanced ACT құралдарына жаңартылды, олар поляризацияға сезімталдық және бір құралдық модульде бірнеше жиілікті анықтау мүмкіндігі сияқты қосымша мүмкіндіктерді біртіндеп қосты. ACT-тегі әрбір камера үш линзалық жүйеден тұрады, Грегориандық фокус детектордың фокустық жазықтығына қайта бейнеленеді, Лиот тоқтауы негізгі айнаны қайта бейнелейді, бұл шашыраңқы жарықты азайтуға мүмкіндік береді. ACT-тегі үш линза криогендік салқындатылған, антирефлекстік жабынмен жабылған кремнийден жасалған, оның жоғары сыну индексі (n=3) миллиметрлік толқынды құралдар үшін артықшылықты материал болып табылады. ACTPol және AdvACT-тегі антирефлекстік жабындар толқын ұзындығынан кіші құрылымдалған метаматериал кремнийден жасалған, бұл сол кездегі жердегі КМТ телескоптары үшін жаңалық болды. Оптикалық компоненттер мен детектор модулі пластик терезе арқылы вакуумда сақталады. Сүзгілердің қатары миллиметрлік толқын ұзындығындағы бақылауларға зиян келтіретін инфрақызыл сәулеленуді тоқтатып тұрады. Сәулелену SQUID массиві арқылы оқылатын ауысу жиегі сенсорлық болметрлермен жылулық байланыста болады.

Байқаулар

Байқаулар шамамен бір доға минуты (1/60 градус) ажыратымдылығымен үш жиілікте жүргізіледі: 145 ГГц, 215 ГГц және 280 ГГц. Әрбір жиілік 1024 элементтен тұратын массивпен өлшенеді, барлығы 3072 детекторды құрайды. Детекторлар – суперөткізгіштік өтпелі жиек сенсорлары, осы технологияның жоғары сезімталдығы ғылымға Космик микротолқынды сәулеленудің (CMB) температурасын градустың бірнеше миллионнан бір бөлігіне дейін өлшеуге мүмкіндік береді. Криогенді гелий тоңазытқыштар жүйесі детекторларды абсолюттік нөлден үштен бір градусқа жуық ұстап тұрады.

Детektorлар

ACT-те үш буын камералар бар. Әрбір камера жылдар бойы жетілдірілген арнайы детектор технологиясының нәтижесі болып табылады. Бұл камералар жоғары сезімталдыққа қол жеткізу үшін суперөткіш өтпелі жиек сенсорлық массивтерін пайдаланады. ACT фокустық жазықтығын (MBAC) толтырған камералардың алғашқы массиві үш камерадан тұрды, олардың әрқайсысы өз жолағына сезімтал және поляризацияға сезімтал емес еді. Камералардың екінші буыны (ACTPol) поляризацияға сезімталдықты және екі жолаққа сезімтал (дихроикалық) бірінші камераны қосты. Үшінші буын камералар (AdvACT) ACTPol-де жетістіктерді енгізді, бұл барлық камераларға екі жолаққа сезімтал болуға мүмкіндік берді. Фазалық массивтер Жиілік (ГГц) Сезімт. (мк√с) Пол. Жылдар Жапсырмалар MBAC ar1 148 30 Жоқ 2008 2010 Equ South ar2 217 ? Жоқ 2008 2010 ar3 277 ? Жоқ 2010 ACTPol pa1 150 17 29 Иә 2013 2015 D2 D5 D6 D56 D8 BN pa2 150 13 18 Иә 2014 2016 pa3 90 16 Иә 2015 2016 150 21 22 AdvACT pa4 150 18.2 Иә 2017 2021 AA Күн-Н Күн-С 220 34.1 pa5 98 12.5 Иә 2017 2021 150 13.9 pa6 98 11.3 Иә 2017 2019 150 12.6 pa7 27 ? Иә 2020 2021 39 ?

Мекемелер

ACT-нің Принстон университетінде, Корнелл университетінде, Пенсильвания университетінде, NASA/GSFC, Джонс Хопкинс университетінде, Британдық Колумбия университетінде, NIST, Чилидің понтификалық католикалық университетінде, Квазулу-Натал университетінде, Теориялық физика институтында, Канаданың теориялық астрофизика институтында, Стэнфорд университетінде, Стони Брук университетінде, Кардифф университетінде, Аргонн ұлттық зертханасында, Хаверфорд колледжінде, Ратгерс университетінде, Питтсбург университетінде, Калифорния университетінде (UC Berkeley), Оңтүстік Калифорния университетінде, Оксфорд университетінде, Париж-Сакла университетінде, Иллинойс университетінде (Урбана-Шампайн), SLAC ұлттық үдеткіш зертханасында, Калтекте, МакГилл университетінде, Есептеу астрофизикасы орталығында, Аризона мемлекеттік университетінде, Колумбия университетінде, Карнеги-Меллон университетінде, Чикаго университетінде, Флорида мемлекеттік университетінде, Вест-Честер университетінде, Йель университетінде және Торонто университетінде серіктестері бар.