Het koudste instrument in de Webb-ruimtetelescoop bereikt zijn bedrijfstemperatuur

MIRI is gezamenlijk ontwikkeld door de Amerikaanse ruimtevaartorganisate NASA en de Europese ESA en in het begin koelde het samen met de drie andere instrumenten aan boord van de Webb af in de schaduw van het veellagige zonneschild van de telescoop, tot zo'n 90 kelvin (- 183 ° Celsius). 

Om het instrument echter op een temperatuur te brengen lager dan 7 kelvin, was er een elektrisch aangedreven, zogenoemde cryo-koeler nodig. Verleden week bereikte het team een erg uitdagend scharnierpunt, namelijk het punt waarop het instrument van 15 kelvin (- 258 ° Celsius) naar 6,4 kelvin (- 266,75 ° Celsius) moest gaan.

"Het team van de MIRI-koeler heeft erg veel hard werk gestoken in het uitwerken van de procedure voor het scharnierpunt", zei Analyn Schneider, de projectmanager voor MIRI bij het Jet Propulsion Laboratory van de NASA. "Het team was zowel nerveus als opgewonden toen het aan deze kritieke activiteit begon. Uiteindelijk werd de procedure volgens het boekje uitgevoerd en deed de koeler het zelfs beter dan verwacht."

De lage temperatuur is noodzakelijk omdat de vier instrumenten van de Webb-telescoop infrarood licht waarnemen - licht met golflengten die iets langer zijn dan de golflengten die onze ogen kunnen zien. 

Verafgelegen sterrenstelsels, sterren die verstopt zitten in een cocon van stof en planeten buiten ons zonnestelsel stralen allemaal infrarood licht uit. Maar ook andere warme objecten doen dat, waaronder ook de elektronica en de optische hardware van de Webb zelf. Door de detectoren van de vier instrumenten en de omliggende hardware af te koelen, wordt die infrarode straling onderdrukt. 

MIRI neemt middel-infrarode straling waar, straling met langere golflengten dan de drie andere instrumenten, die in het nabij-infrarood werken. Dat betekent dat MIRI zelfs nog kouder moet zijn dan de andere.

Een andere reden waarom de detectoren van de Webb-telescoop koud moeten zijn, is om iets te onderdrukken dat donkere stroom genoemd wordt, elektrische stroom die gecreëerd wordt door de trilling van atomen in de detectoren zelf. 

Donkere stroom bootst een echt signaal na in de detectoren, wat de valse indruk geeft dat die geraakt zijn door licht dat afkomstig is van een externe bron. Die valse signalen kunnen de echte signalen verdringen die de astronomen willen vinden. Aangezien temperatuur een maat is voor hoe snel de atomen in de detectoren trillen, betekent het verminderen van de temperaruur minder trilling, wat dan op zijn beurt betekent minder donkere stroom. 

Het vermogen van MIRI om langere infrarood golflengten waar te nemen, maakt het instrument ook gevoeliger voor donkere stroom en dus moet het kouder zijn dan de andere instrumenten om het effect volledig weg te werken. Voor elke graad waarmee de temperatuur van het instrument stijgt, neemt de donkere stroom immers toe met een factor van ongeveer 10.

Eens MIRI de ijzige 6,4 kelvin bereikt had, zijn de wetenschappers begonnen met een reeks testen om te controleren of de detectoren werken zoals verwacht. Zoals een dokter zoekt naar een teken van ziekte, bekijkt het MIRI-team data die de gezondheid van het instrument beschrijven, en vervolgens geven ze een reeks bevelen om na te gaan of het taken op een correcte manier kan uitvoeren.

"We hebben jaren besteed aan het oefenen voor dit ogenblik, het doorlopen van de bevelen en de testen", zei Mike Ressler, de project-geleerde voor MIRI bij het Jet Propulsion Laboratory. "Het was enigszins zoals een filmscript: alles wat we verondersteld werden te doen, was opgeschreven en geoefend. Toen de gegevens van de testen binnenliepen, was ik in extase. We zagen dat alles er precies zo uitzag als verwacht en dat we een gezond instrument hebben."  

Het team staat nog voor een aantal uitdagingen voor MIRI kan beginnen aan zijn wetenschappelijke missie. 

Nu MIRI op bedrijfstemperatuur is, zullen leden van het team testbeelden nemen van sterren en andere bekende objecten, die dan gebruikt kunnen worden om het instrument te kalibreren en om de werking en functionaliteit te testen. Het team zal die voorbereidingen uitvoeren terwijl andere ploegen de andere drie instrumenten kalibreren. Deze zomer moet Webb dan zijn eerste wetenschappelijke beelden afleveren. 

"Ik ben geweldig trots dat ik deel uitmaak van deze groep erg gemotiveerde, enthousiaste wetenschappers en ingenieurs uit Europa en de VS", zei Alistair Glasse, de MIRI instrument-wetenschapper aan het Britse Astronomy Technology Centre in Edinburgh. 

"Deze periode is onze 'vuurproef", maar het is me nu al duidelijk dat de persoonlijke banden en het wederzijds respect die we de afgelopen jaren opgebouwd hebben, ons door de komende paar maanden zullen helpen om een fantastisch instrument te bezorgen aan de wereldwijde astronomische gemeenschap."

Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van het Goddard Space Flight Center van de NASA.