3,200メガピクセルのデジタルカメラが宇宙の写真撮影の準備完了

世界最大のデジタルカメラは、メーカーによれば「史上最高の映画」の撮影を開始する準備が正式に整った。今朝、米国エネルギー省のSLAC国立加速器研究所のエンジニアと科学者は、暗黒物質と暗黒エネルギーの性質に関する新しい情報を捉えるために設計された重さ約6,610ポンド、車ほどの大きさのレガシー・サーベイ・オブ・スペース・アンド・タイム（LSST）カメラの完成を発表した。

20 年にわたる建設プロセスを経て、3,200 メガピクセルの LSST カメラは、チリのセロ パチョン山頂の標高 8,900 フィートに位置するベラ C. ルビン天文台に運ばれます。今年後半に施設のシモニ サーベイ望遠鏡に取り付けられると、幅 5 フィートと 3 フィートの 2 つのレンズが空を見上げ、太陽系、天の川銀河、さらにその先を 10 年間にわたって調査します。

人間の髪の毛の幅の 10 分の 1 以内に水平に調整された焦点面と 10 ミクロン幅のピクセルから、どれほどの詳細が得られるのでしょうか。SLAC 教授で、ルービン天文台の副所長兼カメラ プログラム リーダーであるアーロン ルードマン氏は、その能力を「満月の 7 倍の幅の空の帯をカバーしながら」15 マイル離れたところからゴルフ ボールの詳細を捉えることに例えています。結果として得られる画像には、数十億の星と銀河が含まれ、宇宙の構造に関する新たな洞察が得られます。

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LSST カメラは、その多くの任務の中でも、弱い重力レンズ効果の証拠を探します。これは、巨大な銀河の重力質量が、その背後の銀河からの光の経路を曲げるときに発生します。このデータを分析することで、研究者は宇宙全体に質量がどのように分布しているか、またその分布が時間とともにどのように変化したかをより詳しく調べることができます。ひいては、これは天文学者に、暗黒エネルギーが宇宙の膨張にどのように影響するかを調査する新しい方法を提供するのに役立つ可能性があります。

これらの素晴らしい目標を達成するために、LSST カメラは、単にポイントアンドシュート デジタル カメラの拡大版以上のものである必要がありました。スマートフォンに搭載されているようなレンズには物理的なシャッターが付いていないことが多いですが、SLR カメラには通常シャッターが付いています。とはいえ、それらのシャッター速度は LSST カメラほど遅くはありません。

「[LSST]センサーの読み出しは、はるかにゆっくりと慎重に行われます…」とSLACの物理学者でLSSTカメラ統合・試験科学者のアンディ・ラスムセン氏はPopSciに語っています。「…シャッターは15秒間開き（露出のため）、その後2秒間読み取ります（シャッターは閉じた状態）。」このカタツムリのような速度により、LSSTカメラのオペレーターは、わずか6～7個の電子という低いノイズのみを処理することができ、より暗い空を撮影することができます。

「暗い空が実際に暗いことを判断できるように、また空の非常に暗い物体を測定できるように、静かなセンサーが必要です」とラスムセン氏は続けます。「この 2 秒間の読み取り期間中、カメラにそれ以上の光が入らないようにする必要があります。そのため、シャッター (カメラ内のいくつかのメカニズムの 1 つ) が装備されています。」

オペレーターが暗い物体の測定結果をより確実に取得できるように、周囲の温度を -100 ℃ (173 ケルビン) まで下げることで、LSST カメラの焦点付近の原子活動を表面上は遅くしています。

宇宙学者たちは、暗黒物質と暗黒エネルギーの研究を超えて、LSST カメラを使って太陽系の新しい詳細な調査を行うつもりです。研究者たちは、新しい画像によって既知の天体の数が 10 倍に増え、太陽系の形成過程に関するさらなる洞察が得られると見積もっています。また、地球に近づきすぎて危険なほどの速度で通過する可能性のある小惑星を追跡することもできます。

「これまで以上に、基礎物理学の理解を深めるには、宇宙のさらに遠くまで目を向ける必要がある」と、エネルギー省の宇宙フロンティア プログラム マネージャー、キャシー ターナー氏は本日の発表で述べた。LSST カメラの設置により、研究者は「今日の物理学における最も困難で最も重要な疑問のいくつかに答える」道を歩むことになるとターナー氏は考えている。