L'Osservatorio Vera C. Rubin, una struttura astronomica di nuova generazione in costruzione in Cile, finanziata dalla National Science Foundation (NSF) e dal Dipartimento dell'Energia (DOE) degli Stati Uniti, ha raggiunto un importante traguardo il 27 aprile 2024, con il rivestimento dello specchio primario/terziario da 8,4 metri con argento protetto. Questo importante evento apre la strada all'installazione degli specchi di vetro sul Simonyi Survey Telescope, avvicinando l'Osservatorio Rubin alla rivoluzione dei campi dell'astronomia e dell'astrofisica con la sua Legacy Survey of Space and Time (LSST) della durata di 10 anni, a partire dal 2025.
"Questa pietra miliare rappresenta non solo un'incredibile impresa di ingegneria, ma anche un passo importante verso una nuova era trasformativa del progresso scientifico", ha affermato Edward Ajhar, direttore del programma NSF per l'Osservatorio Rubin.
Lo specchio
Lo specchio primario/terziario, unico nel suo genere, dell'Osservatorio Rubin è parte integrante del sistema ottico del telescopio, che comprende anche uno specchio secondario da 3,4 metri e la fotocamera LSST, la più grande fotocamera digitale al mondo. La fabbricazione dello specchio è stata resa possibile dalle importanti donazioni del Charles Simonyi Fund for Arts and Sciences e del fondatore di Microsoft, Bill Gates.
Lo specchio di 8,4 metri è costituito da due superfici ottiche, ciascuna con una curvatura diversa, combinate in un'unica grande struttura larga quanto un campo da tennis. L'integrazione dei due specchi in questo modo riduce la complessità ingegneristica e di controllo del telescopio pur mantenendo la sua eccellente capacità di raccolta della luce. Lo specchio è stato fabbricato in un periodo di sette anni presso il Richard F. Caris Mirror Lab, dell'Università dell'Arizona, a Tucson, a partire dal 2008. Nel 2015, lo specchio completato è stato spostato in un'area di stoccaggio sicura e all'inizio del 2019 è stato spedito alla struttura sommitale del Cerro Pachón in Cile.
Il processo di rivestimento dello specchio
Il processo di rivestimento dello specchio è stato eseguito in modo sicuro ed efficiente da un team esperto utilizzando una camera di rivestimento all'avanguardia in loco costruita appositamente per l'Osservatorio Rubin da VON ARDENNE a Deggendorf, in Germania. La camera di rivestimento da 128 tonnellate, installata al piano di manutenzione della struttura dell'osservatorio, utilizza una tecnica chiamata magnetron sputtering per rivestire gli specchi secondo specifiche precise. Questa tecnica offre a Rubin la flessibilità di rivestire gli specchi del telescopio con alluminio, argento o anche una combinazione di entrambi durante qualsiasi ciclo di rivestimento. Per rivestire lo specchio primario/terziario da 8,4 metri, la metà inferiore della camera di rivestimento è stata rimossa e la struttura di supporto sigillata sottovuoto dello specchio – chiamata cella dello specchio – ha funzionato come base della camera.
Il team di rivestimento di Rubin, guidato da Tomislav Vucina, ha condotto test approfonditi per determinare la "ricetta" del rivestimento finale: la miscela precisa di elementi per comporre gli strati di rivestimento per ottenere la migliore combinazione possibile di riflettività e durata. Per verificare le prestazioni della miscela scelta, il team ha rivestito uno specchio d'acciaio, che è stato utilizzato anche per testare la montatura del telescopio e altri componenti dell'osservatorio. Dopo aver confermato che la miscela soddisfaceva i requisiti definiti, hanno ripetuto il processo utilizzando lo specchio di vetro.
Innanzitutto, il team ha applicato uno strato di adesione di nichel-cromo (NiCr) allo specchio grezzo. Quindi, hanno applicato lo strato riflettente d'argento (Ag). Questo strato riflettente è incredibilmente sottile: la quantità di argento utilizzata per rivestire l'intera superficie di 8,4 metri (64 grammi) formerebbe una palla delle dimensioni di un pomodoro ciliegino. Dopo l'applicazione dello strato riflettente, lo specchio ha ricevuto un altro strato di adesione di NiCr e uno strato finale di nitruro di silicio (Si3N4) per proteggere il rivestimento riflettente dalla polvere e da altri contaminanti ambientali. "Questo strato esterno deve essere abbastanza spesso da non essere consumato dalla pulizia", ha detto Vucina, "ma non così spesso da assorbire troppi fotoni e impedire allo specchio di soddisfare i requisiti scientifici di Rubin".
Il processo di rivestimento dello specchio ha richiesto circa 4 ore e mezza. Una volta completato il rivestimento, lo specchio è stato spostato fuori dalla camera in uno spazio vicino. Per garantire che tutti i requisiti fossero soddisfatti, Vucina e il suo team hanno condotto una serie di test. Dopo aver analizzato i risultati di questi test, hanno dichiarato che il rivestimento è stato un successo. "Si è trattato di un progetto molto ben condotto sotto ogni punto di vista", ha affermato Vucina, "grazie alla combinazione di un'attenta pianificazione e delle competenze tecniche del nostro eccellente team".
Con il suo nuovo rivestimento, lo specchio primario/terziario di Rubin rappresenta un importante passo avanti verso la cattura della luce da oggetti celesti distanti. "Siamo estremamente entusiasti del fatto che entrambi gli specchi siano ora rivestiti e saranno installati sul telescopio molto presto", ha affermato Sandrine Thomas, vicedirettore di Rubin Construction. "La riflettività combinata di questi specchi consentirà a Rubin di rilevare oggetti molto deboli e lontani, portando alla grande scienza!".