西蒙斯天文台开始测量探索大爆炸膨胀

大约140亿年前，宇宙诞生于一片神秘之中。智利阿塔卡马沙漠的新西蒙斯天文台可能很快就会解答宇宙大爆炸后那一瞬间发生了什么这一重大科学问题。

西蒙斯天文台由一台大口径望远镜和三台口径约为半米的小型望远镜组成——“非常人性化”，艺术与科学学院物理学和天文学教授迈克尔·尼马克(MichaelNiemack)说，他领导康奈尔大学团队进行多机构合作。两台小口径望远镜已完成初步测试，首次科学观测已开始，标志着这个为期十年的项目的一个重要里程碑。

大口径望远镜投入使用后，将提供哈勃常数的最佳测量结果，有助于解释宇宙当前膨胀的原因和方式，而三台小口径望远镜将揭示宇宙的初始膨胀。

尼马克表示，这架大口径望远镜与他所研究的弗雷德杨亚毫米望远镜(FYST)类似，后者由康奈尔大学及其合作伙伴在智利建造，不同之处在于西蒙斯天文台望远镜的设计工作波长比FYST更长。

尼马克说：“西蒙斯天文台的望远镜可以测量可能的指数膨胀信号，我们认为这种膨胀发生在大爆炸后几分之一秒内。”这些信号是宇宙微波背景(CMB)极化波动，由大爆炸后瞬间产生的引力波引起。

他说：“这些望远镜使用了一些迄今为止最先进的宇宙微波背景探测器阵列。”

科学观测的开始对Niemack的团队来说是一个激动人心的时刻，目前该团队包括四名本科生、七名研究生、三名博士后和一名当地高中志愿者。作为由加州大学圣地亚哥分校首席研究员BrianKeating领导的合作项目的一部分，该团队花费了数年时间研究探测器阵列设计，以及实施和测试望远镜的每个子系统。

“我们希望利用这些望​​远镜发现一些东西，但我们并不确定随着这些新望远镜投入使用，我们将对宇宙及其最早的星系和星系团有什么样的了解，”博士生扎卡里·胡贝尔说。“我很高兴看到这些发现，无论它们最终是否是我们预期的。”

每台小口径望远镜都有七个探测器阵列，呈六边形排列，一个位于中间，其余六个环绕其周围。每个阵列内部有近2000个探测器。

“探测器必须冷却到极低的温度——零下273摄氏度，或比绝对零度高约十分之一度，才能使其对我们用望远镜测量的早期宇宙光强度的微小变化极其敏感，”尼马克说。

尼马克说，探测器阵列非常复杂。光学元件实际上会收集光线;小天线会测量每个光学元件后面光线的两个不同线性偏振。纳米制造结构将光线传输通过探测器阵列中的电路，然后将光线转换成热量，可以使用在超导过渡点工作的超导过渡边缘传感器设备测量热量，这使它们可以用作灵敏度极高的温度计。

博士生本·凯勒除了测试望远镜探测器阵列的部分部件和描述探测器的性能之外，还承担了一项特别令人紧张的工作：他是必须亲自将探测器阵列从美国运送到智利的团队之一。

“由于每个阵列的成本高达数十万美元，而且极其脆弱，将它们运送到四个机场非常困难，”凯勒说。“当然，在将它们安装到望远镜上时，我们必须更加小心。”

西蒙斯天文台位于安第斯山脉塞罗托科山上17,000英尺处，这使得工作充满挑战，并且需要使用氧气补充。

“在那样的高度工作非常累人，”凯勒说。“空气稀薄，阳光又很强烈。我第一天就被晒伤了，虽然穿了两层衣服。”

去年，胡贝尔与耶鲁大学的两位合作者在智利安装了几台计算机、网络设备、一个大容量存储驱动器和其他计算基础设施，用于处理和存储来自望远镜的数据。

“我们参加这次特别旅行的部分动机是，我们最终需要为FYST采购和安装非常相似的设备，”过去一年一直致力于此事的Huber说道。

即使西蒙斯天文台的所有四架望远镜都投入科学研究，尼马克及其团队对这些仪器的研发工作也并未结束。西蒙斯天文台已经开始为大口径望远镜建造更多的探测器和光学系统，以及为天文台提供电力的太阳能电池板。