Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Телескоп в пустыне Атакама, северный Чили
Telescope in the Atacama Desert, northern Chile
Космологический телескоп Атакама (ACT) — это космологический телескоп миллиметрового диапазона, расположенный на Серро Токо в пустыне Атакама на севере Чили. ACT проводил высокочувствительные обзоры неба в микроволновом диапазоне с разрешением в одну угловую минуту для изучения космического микроволнового фонового излучения (CMB) — реликтового излучения, оставшегося после Большого взрыва. Расположенный в 40 км от Сан-Педро-де-Атакама, на высоте , он был одним из самых высоких наземных телескопов в мире. Эксперименты по изучению космического микроволнового фона, такие как ACT, Южнополярный телескоп, спутник WMAP и спутник Planck, предоставили фундаментальные доказательства в поддержку стандартной ΛCDM-модели космологии. ACT впервые обнаружил семь акустических пиков в спектре мощности CMB, обнаружил самое экстремальное скопление галактик и впервые статистически зафиксировал движения скоплений галактик посредством парного кинематического эффекта Сюняева — Зельдовича. ACT был построен в 2007 году и начал работу в октябре 2007 года с первым приемником — миллиметрово-болометрической камерой (MBAC). ACT подвергся двум основным модернизациям приемника, которые позволили проводить поляриметрические наблюдения: ACTPol (2013–2016) и Advanced ACT (2017–2022). Наблюдения ACT завершились в середине 2022 года. ACT финансируется Национальным научным фондом США.
The Atacama Cosmology Telescope (ACT) was a cosmological millimeter wave telescope located on Cerro Toco in the Atacama Desert in the north of Chile. ACT made high sensitivity, arcminute resolution, microwave wavelength surveys of the sky in order to study the cosmic microwave background radiation (CMB), the relic radiation left by the Big Bang process. Located 40 km from San Pedro de Atacama, at an altitude of , it was one of the highest ground based telescopes in the world. Cosmic microwave background experiments like ACT, the South Pole Telescope, the WMAP satellite, and the Planck satellite have provided foundational evidence for the standard Lambda CDM model of cosmology. ACT first detected seven acoustic peaks in the power spectrum of the CMB, discovered the most extreme galaxy cluster and made the first statistical detection of the motions of clusters of galaxies via the pairwise kinematic Sunyaev Zeldovich Effect. ACT was buit in 2007 and saw first light on October 2007 with its first receiver, the Millimeter Bolometer Array Camera (MBAC). ACT has had two major receiver upgrades which enabled polarization sensitive observations: ACTPol (2013 2016) and Advanced ACT (2017 2022). ACT observations ended in mid 2022. ACT is funded by the US National Science Foundation.
Научные цели
Измерения космического микроволнового фонового излучения (КМФ) экспериментами, такими как COBE, BOOMERanG, WMAP, CBI, Южнополюсный телескоп и многими другими, значительно расширили наши знания в области космологии, особенно в отношении ранней эволюции Вселенной. При угловом разрешении в одну угловую минуту, достигаемом ACT, эффект Сюняева — Зельдовича, посредством которого скопления галактик оставляют отпечаток на КМФ, становится отчетливо выраженным. Этот метод обнаружения позволяет измерять массу скоплений независимо от красного смещения, то есть очень далекие, древние скопления обнаруживаются так же легко, как и близлежащие. Обнаружение скоплений галактик и последующие измерения в видимом и рентгеновском диапазонах дают возможность реконструировать эволюцию структуры Вселенной со времен Большого взрыва. Это используется для углубления нашего понимания природы таинственной темной энергии, которая представляется доминирующим компонентом Вселенной. Высокочувствительные наблюдения космического микроволнового фонового излучения обеспечивают точные измерения космологических параметров, обнаружение скоплений галактик и достижение других научных целей, позволяя исследовать как ранние, так и поздние этапы эволюции Вселенной.
Measurements of cosmic microwave background radiation (CMB) by experiments such as COBE, BOOMERanG, WMAP, CBI, the South Pole Telescope and many others, have greatly advanced our knowledge of cosmology, particularly the early evolution of the universe. At the arcminute resolutions probed by ACT, the Sunyaev Zeldovich effect, by which galaxy clusters leave an imprint on the CMB, is prominent. This method of detection provides a redshift independent measurement of the mass of the clusters, meaning that very distant, ancient clusters are as easy to detect as nearby clusters. Detection of galaxy clusters and follow up measurements in visible and X ray light, provide a picture of the evolution of structure in the universe since the Big Bang. This is used to improve our understanding of the nature of the mysterious dark energy which seems to be a dominant component of the universe. High sensitivity observations of the cosmic microwave background radiation allow precision measurements of cosmological parameters, detection of galaxy clusters among other scientific goals, probing the early and late stages in the history of the evolution of the universe.
Местоположение
Водяной пар в атмосфере излучает микроволновое излучение, которое искажает измерения реликтового излучения, поэтому для телескопов, изучающих реликтовое излучение, выгодны засушливые места на большой высоте. ACT расположен на сухом и высоком (но при этом легкодоступном) плато Чахнантор в Андах, в пустыне Атакама на севере Чили. Благодаря исключительным условиям для наблюдений в пустыне Атакама и удобной транспортной доступности по дорогам и близости портов, в этом регионе расположены и другие обсерватории, такие как CBI, ASTE, Нантен, APEX и ALMA. Эти астрономические обсерватории и телескопы образуют обсерваторию Льяно-де-Чахнантор – комплекс астрономических телескопов, работающих преимущественно в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн.
Water vapor in the atmosphere emits microwave radiation which contaminates measurements of the CMB, for this reason CMB telescopes benefit from arid, high altitude locations. ACT is located in the dry and high (yet easily accessible) Chajnantor plateau in the Andean mountains in the Atacama Desert in northern Chile. Due to the exceptional observing conditions of the Atacama Desert and its accessibility by road and nearby ports, several other observatories are located in the region, including CBI, ASTE, Nanten, APEX and ALMA. These astronomical observatories and telescopes form the Llano de Chajnantor Observatory, a cluster of astronomical telescopes primarily in millimeter and sub millimeter wavelengths.
Телескоп
ACT – это грегорианский телескоп с отклонением от оптической оси. Такая конфигурация с отклонением от оси позволяет минимизировать артефакты в функции рассеяния точки. Отражатели телескопа состоят из главного зеркала и вторичного зеркала. Оба зеркала состоят из сегментов, включающих 71 (для главного зеркала) и 11 (для вторичного зеркала) алюминиевых панелей. Эти панели имеют форму эллипсоида вращения и тщательно выровнены для формирования единой отражающей поверхности. В отличие от большинства телескопов, которые отслеживают вращающееся небо во время наблюдения, ACT наблюдает небо, удерживая телескоп в постоянном положении по углу места и выполняя сканирование вперед и назад по азимуту с относительно высокой скоростью – два градуса в секунду. Вращающаяся часть телескопа весит приблизительно, что представляет собой значительную инженерную задачу. Защитный экран вокруг телескопа блокирует помехи от микроволнового излучения, испускаемого землей. Проектирование, изготовление и строительство телескопа осуществляла компания Dynamic Structures из Ванкувера, провинция Британская Колумбия.
The ACT is an off axis Gregorian telescope. This off axis configuration is beneficial to minimize artifacts in the point spread function. The telescope reflectors consist of a primary mirror and a secondary mirror. Both mirrors are composed of segments, consisting of 71 (primary) and 11 (secondary) aluminum panels. These panels follow the shape of an ellipsoid of revolution and are carefully aligned to form a joint surface. Unlike most telescopes which track the rotating sky during observation, the ACT observes the sky by keeping the telescope oriented at a constant elevation and by scanning back and forth in azimuth at the relatively rapid rate of two degrees per second. The rotating portion of the telescope weighs approximately , creating a substantial engineering challenge. A ground screen surrounding the telescope blocks contamination from microwave radiation emitted by the ground. The design, manufacture and construction of the telescope were done by Dynamic Structures in Vancouver, British Columbia.
Инструмент
ACT может одновременно разместить три камеры приборов. Со временем эти камеры были модернизированы от первоначальной конструкции MBAC до современного инструмента Advanced ACT, последовательно добавляя новые функции, такие как чувствительность к поляризации и возможность регистрации нескольких частот в одном модуле прибора. Каждая камера ACT состоит из трех линз: григорианский фокус проецируется на фокальную плоскость детектора, а лиотовская диафрагма формирует изображение первичного зеркала, обеспечивая подавление рассеянного света. Три линзы ACT изготовлены из криогенно охлажденного кремния с антиотражающим покрытием – материала, предпочтительного для приборов миллиметрового диапазона благодаря его высокому показателю преломления (n=3). Антиотражающие покрытия в ACTPol и AdvACT изготовлены из кремниевого метаматериала с субволновой структурой, что являлось инновацией для наземных телескопов, исследующих космическое микроволновое фоновое излучение, на тот момент. Оптические компоненты и детекторный модуль помещены в вакуумную камеру с пластиковым окном. Пакет фильтров блокирует инфракрасное излучение, которое негативно влияет на наблюдения в миллиметровом диапазоне. Излучение теплосвязано с переходными краевыми сенсорами (TES) болометрами, которые считываются с помощью массива SQUID.
ACT can accommodate three instrument cameras simultaneously. Over time these cameras have been upgraded from the original MBAC design to the current Advanced ACT instrument progressively adding more features like polarization sensitivity and the ability to sense multiple frequencies in one instrument module. Each camera in ACT consists of a three lens system, the Gregorian focus is reimaged into a detector focal plane, a Lyot stop reimages the primary mirror allowing stray light mitigation. The three lenses in ACT are made of cryogenically cooled anti reflection coated silicon, a desirable material for instruments in the millimeter due to its high index of refraction (n=3). Anti reflection coatings in ACTPol and AdvACT are made of sub wavelength structured metamaterial silicon, an innovation in ground based CMB telescopes at the time. The optical components and the detector module are kept at a vacuum with a plastic window. A stack of filters reject infra red radiation which is detrimental for mm wavelength observations. Radiation is thermally coupled to transition edge sensor bolometers, which are read out using an array of SQUIDs.
Замечания
Наблюдения проводятся с разрешением около одной угловой минуты (1/60 градуса) на трех частотах: 145 ГГц, 215 ГГц и 280 ГГц. Каждая частота измеряется массивом из 1024 элементов, что в сумме составляет 3072 детектора. Детекторы представляют собой сверхпроводящие датчики переходного края – технология, отличающаяся высокой чувствительностью, позволяющей измерять температуру реликтового излучения с точностью до нескольких миллионных долей градуса. Система криогенных гелиевых холодильников поддерживает температуру детекторов на треть градуса выше абсолютного нуля.
Observations are made at resolutions of about an arcminute (1/60th of a degree) in three frequencies: 145 GHz, 215 GHz and 280 GHz. Each frequency is measured by a , 1024 element array, for a total of 3072 detectors. The detectors are superconducting transition edge sensors, a technology whose high sensitivity allows measurements of the temperature of the CMB to within a few millionths of a degree. A system of cryogenic helium refrigerators keep the detectors a third of a degree above absolute zero.
Детекторы
У ACT было три поколения камер. Каждая камера является результатом разработки специализированной детекторной технологии, которая оптимизировалась на протяжении многих лет. Эти камеры используют сверхпроводящие массивы датчиков переходного края для достижения высокой чувствительности. Первый массив камер, заполнивший фокальную плоскость ACT (MBAC), состоял из трех камер, каждая из которых была чувствительна к своей полосе и не обладала чувствительностью к поляризации. Второе поколение камер (ACTPol) добавило чувствительность к поляризации и первую камеру, чувствительную к двум полосам (дихроичную). Третье поколение камер (AdvACT) использовало достижения, полученные в ACTPol, что позволило всем камерам быть чувствительными к двум полосам.
ACT has had three generations of cameras. Each camera is the result of the development of specialized detector technology which has been optimized through the years. These cameras take advantage of superconducting transition edge sensor arrays to achieve high sensitivity. The first array of cameras to populate the ACT focal plane (MBAC) consisted of three cameras where each one was sensitive to its own band and had no polarization sensitivity. The second generation of cameras (ACTPol) added polarization sensitivity and the first camera to be sensitive to two bands (dichroic). The third generation of cameras (AdvACT) incorporated the advances achieved in ACTPol, which allowed all cameras to be sensitive to two bands. PhaseArraysFreq. (GHz)Sens. (μK√s)Pol. Years Patches MBAC ar1 148 30 No 2008 2010 Equ South ar2 217 ? No 2008 2010 ar3 277 ? No 2010 ACTPol pa1 150 17 29 Yes 2013 2015 D2 D5 D6 D56 D8 BN pa2 150 13 18 Yes 2014 2016 pa3 90 16 Yes 2015 2016 150 21 22 AdvACT pa4 150 18.2 Yes 2017 2021 AA Day‑N Day‑S 220 34.1 pa5 98 12.5 Yes 2017 2021 150 13.9 pa6 98 11.3 Yes 2017 2019 150 12.6 pa7 27 ? Yes 2020 2021 39 ?
Фазовые массивы Частота (ГГц) Чувствительность (мкК√с) Поляризация Годы Патчи
MBAC ar1 148 30 Нет 2008 2010 Equ Южный
ar2 217 ? Нет 2008 2010
ar3 277 ? Нет 2010
ACTPol pa1 150 17 29 Да 2013 2015 D2 D5 D6 D56 D8 BN
pa2 150 13 18 Да 2014 2016
pa3 90 16 Да 2015 2016 150 21 22
AdvACT pa4 150 18.2 Да 2017 2021 AA День-Н День-С
pa5 98 12.5 Да 2017 2021 150 13.9
pa6 98 11.3 Да 2017 2019 150 12.6
pa7 27 ? Да 2020 2021 39 ?
ACT has had three generations of cameras. Each camera is the result of the development of specialized detector technology which has been optimized through the years. These cameras take advantage of superconducting transition edge sensor arrays to achieve high sensitivity. The first array of cameras to populate the ACT focal plane (MBAC) consisted of three cameras where each one was sensitive to its own band and had no polarization sensitivity. The second generation of cameras (ACTPol) added polarization sensitivity and the first camera to be sensitive to two bands (dichroic). The third generation of cameras (AdvACT) incorporated the advances achieved in ACTPol, which allowed all cameras to be sensitive to two bands. PhaseArraysFreq. (GHz)Sens. (μK√s)Pol. Years Patches MBAC ar1 148 30 No 2008 2010 Equ South ar2 217 ? No 2008 2010 ar3 277 ? No 2010 ACTPol pa1 150 17 29 Yes 2013 2015 D2 D5 D6 D56 D8 BN pa2 150 13 18 Yes 2014 2016 pa3 90 16 Yes 2015 2016 150 21 22 AdvACT pa4 150 18.2 Yes 2017 2021 AA Day‑N Day‑S 220 34.1 pa5 98 12.5 Yes 2017 2021 150 13.9 pa6 98 11.3 Yes 2017 2019 150 12.6 pa7 27 ? Yes 2020 2021 39 ?
Институты
ACT сотрудничает с Принстонским университетом, Корнеллским университетом, Университетом Пенсильвании, NASA/GSFC, Университетом Джона Хопкинса, Университетом Британской Колумбии, NIST, Pontificia Universidad Católica de Chile, Университетом Квазулу-Натал, Институтом теоретической физики Периметра, Канадским институтом теоретической астрофизики, Стэнфордским университетом, Университетом Стоуни Брук, Университетом Кардиффа, Аргоннской национальной лабораторией, Колледжем Хаверфорда, Университетом Ратгерса, Университетом Питтсбурга, Калифорнийским университетом в Беркли, Университетом Южной Калифорнии, Оксфордским университетом, Университетом Париж-Сакле, Университетом Иллинойса в Урбане-Шампейне, Национальной ускорительной лабораторией SLAC, Калифорнийским технологическим институтом, Университетом Макгилла, Центром вычислительной астрофизики, Аризонским государственным университетом, Колумбийским университетом, Университетом Карнеги — Меллона, Чикагским университетом, Колледжем Хаверфорда, Университетом штата Флорида, Университетом Вест-Честера, Йельским университетом и Университетом Торонто.
ACT has collaborators at Princeton University, Cornell University, the University of Pennsylvania, NASA/GSFC, the Johns Hopkins University, the University of British Columbia, NIST, the Pontificia Universidad Católica de Chile, the University of KwaZulu Natal, Perimeter Institute for Theoretical Physics, the Canadian Institute for Theoretical Astrophysics, Stanford University, Stony Brook University, Cardiff University, Argonne National Laboratory, Haverford College, Rutgers University, the University of Pittsburgh, UC Berkeley, University of Southern California, the University of Oxford, the University of Paris Saclay, University of Illinois at Urbana Champaign, SLAC National Accelerator Laboratory, Caltech, McGill University, the Center for Computational Astrophysics, Arizona State University, Columbia University, Carnegie Mellon University, the University of Chicago, Haverford College, Florida State University, West Chester University, Yale University, and the University of Toronto.