La fotocamera più grande del mondo scatta le prime immagini a 3200 megapixel

Le squadre dello SLAC National Accelerator Laboratory hanno scattato le prime foto digitali a 3.200 megapixel, le più grandi mai realizzate in un unico scatto, con una straordinaria gamma di sensori di immagine che diventeranno il cuore e l’anima del Vera C Rubin Observatory.

Le immagini sono così grandi che sarebbero necessari 378 schermi TV 4K ad altissima definizione per visualizzarne una a grandezza naturale e la loro risoluzione è così alta che sarebbe possibile vedere una pallina da golf da circa 24 chilometri di distanza. Queste e altre proprietà guideranno presto una ricerca astrofisica senza precedenti.

Successivamente, la serie di sensori sarà integrata nella fotocamera digitale più grande del mondo, attualmente in costruzione presso lo SLAC. Una volta installata all’Osservatorio Rubin in Cile, la telecamera produrrà immagini panoramiche dell’intero cielo australe, un panorama ogni poche notti per 10 anni. I suoi dati confluiranno nel Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time (LSST), un catalogo di più galassie di quante siano le persone viventi sulla Terra e dei movimenti di innumerevoli oggetti astrofisici. Utilizzando la fotocamera LSST, l’osservatorio creerà il più grande film astronomico di tutti i tempi e farà luce su alcuni dei più grandi misteri dell’universo, tra cui la materia oscura e l’energia oscura.

Le prime immagini scattate con i sensori sono state un test per il piano focale della fotocamera, il cui assemblaggio è stato completato allo SLAC a gennaio.

“Questa è una pietra miliare per noi“, ha affermato Vincent Riot, project manager LSST Camera del Lawrence Livermore National Laboratory del DOE. “Il piano focale produrrà le immagini per l’LSST, quindi è l’occhio capace e sensibile dell’Osservatorio Rubin“.

Steven Kahn, direttore dell’osservatorio, ha dichiarato: “Questo risultato è tra i più significativi dell’intero progetto dell’Osservatorio Rubin. Il completamento del piano focale della telecamera LSST e i suoi test di successo sono un’enorme vittoria del team, e consentirà al Rubin di fornire la scienza astronomica di prossima generazione“.

In un certo senso, il piano focale è simile al sensore di una fotocamera dei telefoni cellulari: cattura la luce emessa o riflessa da un oggetto e la converte in segnali elettrici che vengono utilizzati per produrre un’immagine digitale. Ma il piano focale della fotocamera LSST è molto più sofisticato. In effetti, contiene 189 sensori individuali, o dispositivi ad accoppiamento di carica (CCD), ciascuno di 16 megapixel, circa lo stesso numero dei sensori di imaging della maggior parte delle moderne fotocamere digitali.

Il piano focale ha delle proprietà davvero straordinarie. Non solo contiene ben 3,2 miliardi di pixel estremamente piccoli – circa 10 micron di larghezza – ma è estremamente piatto, variando di non più di un decimo della larghezza di un capello umano. Ciò consente alla fotocamera di produrre immagini nitide ad altissima risoluzione.

E’enorme rispetto al sensore di imaging largo 1,4 pollici di una fotocamera consumer full frame e abbastanza grande da catturare una porzione di cielo delle dimensioni di circa 40 lune piene. Infine, l’intero telescopio è progettato in modo tale che i sensori di imaging saranno in grado di individuare oggetti 100 milioni di volte più deboli di quelli visibili ad occhio nudo, una sensibilità che consentirebbe di vedere una candela da migliaia di chilometri di distanza.

“Queste specifiche sono semplicemente sbalorditive“, ha affermato Steven Ritz, scienziato del progetto per la LSST Camera presso l’Università della California.

In 10 anni, la fotocamera raccoglierà immagini di circa 20 miliardi di galassie. “Questi dati miglioreranno la nostra conoscenza di come esse si sono evolute nel tempo e ci consentiranno di testare i nostri modelli di materia oscura ed energia oscura più profondamente e precisamente che mai“, ha detto Ritz. “L’osservatorio sarà una meravigliosa struttura per un’ampia gamma di scienze, dagli studi dettagliati del nostro sistema solare agli studi di oggetti lontani verso il confine dell’universo visibile“.

Scattare le prime immagini da 3.200 megapixel è stato un primo importante test per il piano focale. Per farlo senza una fotocamera completamente assemblata, il team SLAC ha utilizzato un foro stenopeico da 150 micron per proiettare le immagini.

Dopo diversi mesi senza accesso al laboratorio a causa della pandemia di coronavirus, il team ha ripreso il suo lavoro a maggio con capacità limitate e seguendo rigorosi requisiti di distanziamento sociale. Sono attualmente in corso test approfonditi per assicurarsi che il piano focale soddisfi i requisiti tecnici necessari per supportare il programma scientifico dell’Osservatorio.

Ora, man mano che il team completerà l’assemblaggio della telecamera, il lavoro diverrà più impegnativo.

Nei prossimi mesi gli scienziati inseriranno il criostato con il piano focale nel corpo della fotocamera e aggiungeranno gli obiettivi, tra cui l’obiettivo ottico più grande del mondo, un otturatore e un sistema di scambio di filtri, per studiare il cielo notturno in diversi colori. Entro la metà del 2021, la fotocamera delle dimensioni di un SUV sarà pronta per i test finali prima di iniziare il suo viaggio in Cile.

“Il completamento della telecamera è molto eccitante e siamo orgogliosi di svolgere un ruolo così centrale nella costruzione di questo componente chiave dell’Osservatorio Rubin“, ha affermato JoAnne Hewett, responsabile della ricerca e direttore associato del laboratorio di fisica fondamentale di SLAC. “È una pietra miliare che ci porta un grande passo avanti verso l’esplorazione delle questioni fondamentali dell’universo in modi che non siamo stati in grado di fare prima“.