Teleskop Jamese Webba má být schopen pozorovat první galaxie, které se zformovaly po Velkém třesku. Aby toho ale dosáhl, musí být jeho přístroje nejprve ochlazeny – a to hodně výrazně. Sedmého dubna se přístroj MIRI (Mid-Infrared Instrument), společné dílo agentur ESA a NASA, dostal na svou konečnou pracovní teplotu pod 7 kelviny (-266°C). „Mám velkou radost, že po tolika letech tvrdé práce nyní přístroj MIRI zchladnul a je připraven k dalším krokům. To, že jeho chladič pracoval tak dobře, je velkým milníkem pro celou misi,“ přiznává Gillian Wright, hlavní vědecká pracovnice přístroje MIRI a ředitelka Britského střediska astronomické techniky ATC. Společně s dalšími třemi palubními přístroji nejprve MIRI zchladnul díky stínu ze slunečního štítu s rozměry tenisového kurtu na zhruba 90 kelvinů (- 183 °C).

Ovšem pokles teploty pod 7 kelvinů už vyžadoval elektricky poháněný kryochladič. Minulý týden se expertům podařilo překonat kritický milník označovaný jako „pinch point“ (viz článek z minulého týdne), při kterém bylo dosaženo ochlazení z 15 kelvinů (- 258 °C) na 6,4 kelvinů (- 267 °C). „Tým zodpovědný za chlazení MIRI odvedl spoustu tvrdé práce, když vyvíjel procedury vedoucí k fázi pinch point,“ smeká klobouk Analyn Schneider, projektová manažerka MIRI z kalifornské JPL a dodává: „Tým byl současně nadšený a nervózní, když se dostal do této fáze. Nakonec byla celá procedura provedena přímo učebnicovým způsobem. Předvedený výkon chladiče je dokonce ještě lepší, než se čekalo.“

Nízká teplota je důležitá, protože všechny čtyři přístroje na palubě JWST detekují infračervené záření, tedy vlnové délky o trochu delší, než jaké umí spatřit lidské oko. Vzdálené galaxie, hvězdy skryté v mračnech prachu i planety nacházející se mimo Sluneční soustavu – všechny tyto objekty vydávají infračervené záření. Ovšem stejně tak jej vyzařují i jiné teplé objekty včetně palubní elektroniky Webbova teleskopu a hardwaru, který tvoří jeho optiku. Ochlazení detektorů čtyř vědeckých přístrojů a také hardwaru v jejich okolí potlačí tyto emise infračerveného záření. MIRI detekuje oproti zbylým třem přístrojům záření s větší vlnovou délkou, což znamená, že potřebuje být ještě chladnější.

Další důvod, proč musí být detektory JWST tak chladné, souvisí s překonáním jevu, který se označuje jako temný proud. Jedná se o elektrický proud vytvářený vibracemi atomů v detektorech samotných. Temný proud se v detektorech projevuje jako skutečný signál. Toto napodobení vytváří v detektoru falešný dojem, že byl zasažen zářením z vnějšího zdroje. Tyto falešné signály mohu dokonce úplně přehlušit skutečné signály, které chtějí astronomové pozorovat. I tady ale pomůže ochlazení. Když měříme teplotu, tak vlastně zjišťujeme, jak rychle atomy v daném tělese (zde v detektoru) vibrují. Pokud snížíme teplotu tohoto objektu, dojde k omezení těchto vibrací, což zase omezí temné proudy. Schopnosti MIRI detekovat delší infračervené vlny také znamená, že je citlivější na temné proudy. Aby se plně eliminoval tento efekt, musí být chladnější než ostatní přístroje. Minimální tepelné rozdíly přitom hrají velkou roli. Za každý stupeň Celsia, o který se zvýší teplota přístroje, se totiž temné proudy zhruba zdesetinásobí!

Jakmile přístroj MIRI dosáhl mrazivých 6,4 kelvinů, začali vědci se sérií zkoušek, které měly ověřit, zda detektory pracují podle očekávání. Agentura ESA tento postup přirovnává k lékařské prohlídce, která pátrá po jakýchkoliv známkách nemocí. Tým zodpovědný za MIRI úplně stejně prošel všechna data, která mají souvislost se stavem přístroje. Následovalo odeslání série pokynů a sledovalo se, zda MIRI dokáže tyto pokyny správně vykonat. Tento milník je vyvrcholením práce vědců a inženýrů z různých institucí včetně JPL, Northrop Grumman (tam postavili kryochladič), nebo Goddardova střediska, kde dohlíželi na integraci MIRI a jejího chladiče do zbytku observatoře.

„Strávili jsme několik let nácvikem tohoto momentu, procházeli jsme všechny pokyny a kontrolovali vše, co se na MIRI udělalo,“ říká Mike Ressler, vědec z JPL zapojený do vývoje přístroje MIRI a dodává: „Tak trochu to připomínalo filmový scénář. Všechno, co jsme dělali, se muselo sepsat a poté posoudit. Když dorazila data ze zkoušek, byl jsem štěstím bez sebe – viděli jsme přesně to, co jsme měli vidět, což znamená, že přístroj je v pořádku.“ Než se MIRI bude moci zapojit do vědeckých pozorování, zbývá vyřešit ještě několik překážek. Nyní, když už přístroj zchladnul, pořídí specialisté pomocí jeho senzorů testovací snímky hvězd a dalších známých objektů. Tyto zkušební snímky budou použity pro kalibraci a také testy provozu a funkčnosti přístroje. Tým plánuje provádět tyto přípravy souběžně s kalibrací zbylých tří přístrojů, aby bylo možné v létě doručit první snímky z vědecké fáze.

„Jsem neskutečně hrdý na to, že mohu být součástí této skupiny silně motivovaných a nadšených vědců i inženýrů z celé Evropy a USA,“ říká Alistair Glasse, vědec zapojený do programu přístroje MIRI z ATC ve skotském Edinburghu a dodává: „Tato fáze je naší zkouškou ohněm, ale už teď je mi jasné, že osobní vazby a vzájemný respekt, které jsme si v minulých letech vybudovali, je to, co nás dostane přes další měsíce, abychom světové astronomické komunitě mohli předat výsledky tohoto fantastického přístroje.“

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…/23356409-1-eng-GB/Webb_MIRI_instrument.png
https://www.esa.int/…/MIRI_integration_into_JWST_payload_module.jpg
https://www.esa.int/…/MIRI_the_Mid-InfraRed_Instrument.jpg