En haut au sommet de Cerro Pachón dans le nord du Chili, NSF – Doe Vera C. Rubin Observatoire est en cours d'achèvement. Au cœur de l'installation, un moment charnière de l'aventure scientifique du projet se déroule. Après plus de 20 ans de recherche et développement méticuleux et de semaines de tests, la caméra LSST a été installée avec succès sur le télescope d'enquête Simonyi.
Les équipes poussent un soupir de soulagement collectif. La plus grande caméra numérique du monde, construite au DOE SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC), est maintenant en place, et l'anticipation de capturer les premières images pour l'enquête héritée sur l'espace et le temps (LSST) est palpable. Le plus grand film astronomique jamais réalisé est sur le point de commencer.
Eh bien, presque.
Le démarrage d'un appareil photo aussi sophistiqué est beaucoup plus compliqué que d'appuyer sur un simple bouton « ON / OFF ». Créer le plus grand film astronomique de l'histoire prend du temps, de la patience et un engagement envers la précision. Chaque détail doit être revérifié et chaque système doit répondre à ses spécifications exactes avant de continuer.
Contrairement aux étapes de construction passées, l'équipe de la caméra exploite désormais cinq mètres (16,4 pieds) au-dessus du sol, en toute sécurité sur une petite plate-forme qui ne prend pas plus de 125 kilogrammes (275 livres). Leurs mouvements sont limités par la rotation de la caméra et les miroirs du télescope, positionnés à quelques centimètres. Ce qui peut sembler une simple connexion de tuyau devient un tout nouveau défi dans ces conditions.
La caméra LSST est sur le point de subir une série d'étapes critiques. La première consiste à créer un vide à l'intérieur du cryostat, un conteneur conçu pour maintenir des températures extrêmement basses, positionnées au milieu de la caméra. Le cryostat abrite les systèmes électroniques complexes de la caméra et sa mosaïque de 189 capteurs scientifiques de dispositif à couplage de charge (CCD). Ces capteurs sont conçus pour capturer des images du ciel nocturne avec une précision exceptionnelle, chaque image composée de 3 200 mégapixels.
Avec ses mains à l'intérieur de la caméra, travaillant pour connecter le système d'aspirateur, Stuart Marshall, scientifique des opérations de la caméra et scientifique du personnel de SLAC, explique: « Le vide est crucial pour isoler l'électronique de la caméra à partir des changements de température. Une fois que nous aurons assuré un vide stable, nous activerons le système de réfrigération qui refroidira le cryostat à très basses températures. »
L'électronique génère environ 1 kilowatt de chaleur pendant le fonctionnement, à peu près équivalent à la sortie d'un petit radiateur électrique. Cette chaleur doit être retirée de la chambre à vide pour éviter la surchauffe. « Nous voulons que l'électronique de la caméra soit comprise entre -20 ° C et -5 ° C (-4 ° F et 23 ° F) pour maintenir une température de fonctionnement sûre. Nous devons donc retirer cette chaleur. Et nous le faisons en pompant un liquide à -50 ° C (-58 ° F) à travers le système de refroidissement. »
Pendant ce temps, les CCDS eux-mêmes doivent être refroidis à -100 ° C (-148 ° F). Cette température garantit des performances optimales et aide à empêcher la chaleur indésirable d'interférer avec l'électronique sensible et de dégrader la qualité des images. Ces capteurs ont leur propre système de refroidissement dédié, qui ne sera activé qu'une fois le système de refroidissement électronique stable.
Une fois ces étapes critiques terminées, les équipes seront alimentées sur les CCD et testeront les systèmes de contrôle et d'acquisition de données pour garantir que la caméra communique correctement avec les ordinateurs. La caméra sera alors entièrement opérationnelle.
« La construction de la caméra n'a jamais été routine et nous avons encore de nouveaux défis et problèmes à résoudre », explique Marshall. « Mais maintenant, alors que nous nous préparons pour les premières images, nous transférons les connaissances aux spécialistes de l'observation et aux scientifiques de la mise en service qui ont ombré notre travail et stimulent souvent la start-up, avec supervision. C'est vraiment excitant! »
À quelques mètres de là, sur l'échafaud à côté de la caméra, Yijung Kang, spécialiste de l'observation et chercheur postdoctoral au SLAC, est prêt à faire fonctionner le système d'aspirateur. « Toute l'équipe d'observation est vraiment ravie de se préparer aux opérations. Nous travaillons maintenant en étroite collaboration avec les autres équipes, préparant des tests et des procédures pour assurer le lancement réussi de notre mission scientifique d'une décennie. »
Le travail est méthodique et exigeant, et implique des systèmes interconnectés qui nécessitent une compréhension complète de l'ensemble de la caméra. Les experts des systèmes à vide, du refroidissement et de l'électronique jouent un rôle essentiel dans le processus. Il ne suffit pas d'être un expert dans un domaine spécifique – il faut avoir une connaissance profonde et holistique de la caméra. Chaque système, chaque composant, chaque ajustement doit être soigneusement prévu pour assurer un fonctionnement parfait.
Yousuke Utsumi, scientifique des opérations de caméras et professeur agrégé à l'Observatoire astronomique du Japon, sait que l'équipe est à la hauteur. « Le travail sur la caméra progresse bien, et nous sommes convaincus que tous les problèmes qui surviennent, même les plus inattendus, seront résolus. »
En quelques semaines, une fois ces étapes critiques terminées et les CCDS activés, un autre moment à couper le souffle viendra: le capuchon de l'objectif de la caméra sera supprimé. « C'est comme n'importe quel capuchon d'objectif de caméra standard, mais celui-ci mesure cinq pieds et demi de large, et nous utiliserons une grue pour le soulever », explique Utsumi. Ensuite, Starlight se déversera dans la caméra LSST pour la toute première fois.
À ce stade, les spécialistes de l'observation prendront le contrôle. Ils sélectionneront la partie du ciel pour observer, pointer le télescope et exécuter le programme informatique qui capturera les premiers photons. Peu de temps après, les premières images du ciel seront affichées sur trois écrans géants dans la salle de contrôle, marquant le début d'une aventure cinématographique extraordinaire.
Tout comme un réalisateur méticuleusement affiné les premiers plans d'un film, les équipes passeront quelques semaines de plus à affiner le télescope et la caméra, perfectionner la concentration et l'alignement optique, capturer des images d'étalonnage, assurer un fonctionnement fluide et stable et se préparer à tout problème technique potentiel. Ce n'est qu'alors que le plus grand film astronomique que commencera officiellement.
