Araştırmacılar, 4,1 metrelik Güney Astrofizik Araştırma Teleskobu üzerindeki bir cihazı kullanarak, yük bağlantılı cihazları (CCD’ler) kullanarak ilk astronomik spektrumu elde ettiler. Işığa duyarlı silikon bazlı fotodiyotlardan oluşurlar ve her pikselden gelen yükü kaydetmek ve okumak için kullanılırlar. Bu tür matrisler astronomik gözlemlerde galaksi kümelerinin, kuasarların, parlak emisyon çizgisi galaksilerinin ve yıldızların astronomik spektrumlarını toplamak için kullanılır. Alt elektronik okuma gürültüsünün elde edilmesine ve bireysel fotonların optik dalga boylarında sayılmasına olanak tanır. Bunlar astronomik araştırma ve gözlemlerde önemli rol oynayan yüksek hassasiyetli aletlerdir.
Sonuçlar 16 Haziran’da Japonya’daki Astronomik Teleskoplar + Foto-Optik Enstrümantasyon Mühendisleri Enstrümantasyon Topluluğu toplantısında sunuldu.
Bu, Fermilab laboratuvar araştırma ve geliştirme programı tarafından NSF’nin NOIRLab dedektör grubu ile işbirliği içinde tasarlanan ve başlatılan bir proje için önemli bir başarıdır. LDRD, Enerji Bakanlığı tarafından desteklenen ve ulusal laboratuvarların yeni fikir ve kavramları araştıran araştırma ve geliştirme projelerine finansman sağlamasına olanak tanıyan ulusal bir programdır.
Kozmologlar, yıldızların ve galaksilerin dağılımını inceleyerek karanlık maddenin ve karanlık enerjinin gizemli doğasını anlamaya çalışıyorlar. Bunu yapabilmek için, daha sönük ve daha uzaktaki astronomik nesneleri mümkün olduğunca az gürültüyle “görebilen” ileri teknolojilere ihtiyaçları var.
Mevcut CCD teknolojisi bu tür ölçümlere izin veriyordu ancak bu zaman alıcıydı veya daha az verimliydi. Astrofizikçiler ya sinyali arttırmak (yani dünyanın en büyük teleskoplarında gözlem yapmaya daha fazla zaman harcayarak) ya da elektronik gürültüyü azaltmak zorunda kaldılar. Skipper CCD’ler, elektronik gürültüyü bireysel fotonları ölçebilecek seviyelere düşürmek için 1990 yılında piyasaya sürüldü. Bunu, hedef piksellerin birkaç ölçümünü alıp gerisini atlayarak yaparlar. Bu strateji, genel okuma süresini kısaltırken, görüntüdeki ilgilenilen bölgelerdeki ölçümlerin doğruluğunu artırdı.
2017 yılında bilim insanları ilk olarak SENSEI ve OSCURA gibi karanlık madde tespit deneyleri için CCD’leri kullandı. 31 Mart ve 9 Nisan tarihlerinde araştırmacılar, bir galaksi kümesinin, iki kuasarın, parlak emisyon çizgilerine sahip bir galaksinin ve potansiyel olarak karanlık maddeyle ilişkili bir yıldızın astronomik spektrumlarını toplamak için SOAR İntegral Alan Spektrografındaki CCD’leri kullandılar. Astrofizikte ilk kez elektronik dışı okuma gürültüsü elde etmek ve optik dalga boylarındaki fotonları tek tek saymak mümkün oldu.
Gözlemlere katılan Marrufo Villalpando, “İnanılmaz olan şu ki, bu fotonlar dedektörlerimize milyarlarca ışıkyılı uzaklıktaki nesnelerden geldi ve her birini ayrı ayrı ölçebildik” dedi.
Araştırmacılar bu ilk gözlemlerden elde edilen verileri analiz ediyor ve Skiper-CCD cihazının SOAR teleskopu üzerindeki bir sonraki lansmanının Temmuz 2024’te yapılması planlanıyor. “Bu teknolojinin onlarca yıl sonra yeniden hayata döndüğünü görmek beni şaşırttı. Sonuçlar tek kelimeyle muhteşem. Çok temiz veriler gördüm,” dedi CCD’nin mucidi ve Kaliforniya merkezli bir araştırma enstitüsü olan SRI International’ın seçkin mühendisi Jim Jancik.
Skipper CCD teknolojisinin astrofizikteki ilk başarılı gösteriminin ardından bilim insanları onu geliştirmek için çalışmaya başladı bile. Fermilab ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’nda geliştirilen yeni nesil Skipper CCD’ler mevcut cihazlardan 16 kat daha hızlıdır. Bu yeni cihazlar okuma sürelerini önemli ölçüde azaltacak ve araştırmacılar bunları zaten laboratuvarda test etmeye başladı.
Yeni nesil CCD’ler, DESI-II ve Spec-S5 spektroskopik deneyleri gibi gelecekteki DOE kozmoloji projelerinde kullanılmak üzere seçildi. Buna ek olarak NASA, gelecekteki Yaşanabilir Dünyalar Gözlemevi için Güneş benzeri yıldızların etrafındaki dış gezegenlerin tespit edilmesine yardımcı olacak CCD’leri kullanmayı düşünüyor.
“Bu dedektörlerin nereye varacağını görmek için sabırsızlanıyorum. Dünyanın her yerindeki insanlar bunları harika şeyler yapmak için kullanıyor. Kullanışlılıkları parçacık fiziğinden kozmolojiye kadar uzanır. Çok yönlü ve kullanışlı bir teknoloji” dedi programa 2019 yılında katılan Marrufo Villalpando.
