"Мы разработали способ использования радиоголографии для характеристики полностью интегрированного прибора криогенного телескопа перед развертыванием", - сказала член исследовательской группы Грейс Чесмор из Чикагского университета. "В лаборатории гораздо проще выявлять неполадки до того, как они станут проблематичными, и манипулировать компонентами внутри телескопа для оптимизации производительности".

Хотя обычно приходится ждать окончания установки, чтобы охарактеризовать оптические характеристики телескопа, трудно вносить коррективы, когда все уже на месте. Однако полный анализ, как правило, не может быть выполнен до установки, поскольку лабораторные методы предназначены для анализа при комнатной температуре, в то время как компоненты телескопа хранятся при криогенных температурах для повышения чувствительности.

В журнале издательской группы "Оптика" Прикладная Оптика Исследователи во главе с Джеффом Макмахоном из Чикагского университета описывают, как они применили свой новый подход к измерениям в оптике приемника телескопа с большой апертурой обсерватории Саймонса, которая включает линзы, фильтры, перегородки и другие компоненты. Это первый случай, когда такие параметры были подтверждены в лаборатории перед развертыванием нового приемника.

"Обсерватория Саймонса создаст беспрецедентные карты послесвечения Большого взрыва, обеспечивая понимание первых моментов и внутренней работы нашей Вселенной", - сказал Чесмор, первый автор статьи. "Обсерватория поможет сделать возможными эти сверхчувствительные карты космического микроволнового фона".

Оглядываясь назад во времени

Карты космического микроволнового фона, которые будут созданы обсерваторией Саймонса, откроют окно в нашу Вселенную в столь ранний период ее истории, что крошечные сигналы от квантовой гравитации могут быть обнаружены, говорит Чесмор. Однако зондирование пространства с такой чувствительностью требует лучшего понимания того, как электромагнитное излучение проходит через оптическую систему телескопа, и устранения как можно большего рассеяния.

В новой работе исследователи использовали метод, известный как радиоголография ближнего поля, который может быть использован для реконструкции того, как электромагнитное излучение проходит через такую систему, как телескоп. Чтобы сделать это при криогенных температурах, они установили детектор, который может отображать очень яркий когерентный источник, работая при чрезвычайно низкой температуре 4 Кельвина. Это позволило им создавать карты с очень высоким отношением сигнал/шум, которое они использовали, чтобы убедиться, что оптика приемника телескопа с большой апертурой работает должным образом.

"Все объекты, включая линзы, сжимаются и демонстрируют изменения оптических свойств при остывании", - объяснил Чесмор. "Работа голографического детектора при температуре 4 Кельвина позволила нам измерить оптику в той форме, в какой она будет при наблюдении в Чили".

От лабораторных к космическим наблюдениям

После завершения этих измерений исследователи разработали программное обеспечение для прогнозирования того, как телескоп будет работать с фотонами, поступающими из космоса, а не с источником ближнего поля, используемым в лаборатории.

"Программное обеспечение использует карты ближнего поля, которые мы измерили, чтобы определить поведение микроволнового источника дальнего поля", - сказал Чесмор. "Это возможно только с помощью радиоголографии, потому что она измеряет как амплитуду, так и фазу микроволн, и существует известная взаимосвязь между свойствами в ближнем и дальнем поле".

Используя свой новый подход, исследователи обнаружили, что оптика телескопа соответствовала прогнозам. Они также смогли идентифицировать и уменьшить источник рассеяния до того, как телескоп был развернут.

Оптическая система телескопа с большой апертурой, которую они охарактеризовали, сейчас находится на пути в Чили для установки. Обсерватория Саймонса будет включать телескоп с большой апертурой, а также три телескопа с малой апертурой, которые будут использоваться вместе для точных и детальных наблюдений космического микроволнового фона. Исследователи Чикагского университета продолжат описывать компоненты для телескопов обсерватории Саймонса и говорят, что они с нетерпением ждут возможности использовать эти телескопы для лучшего понимания нашей Вселенной.

Дополнительные члены команды Чикагского университета включают постдокторантов Кэти Харрингтон и Патрисио Гальярдо, а также аспирантов Карлоса Сьерру, Шрею Сутарию и Томми Элфорда. Кроме того, cмногочисленные учреждения по всему миру работают над тем, чтобы обсерватория Саймонса была успешной.