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Instrumentación

T80Cam instalada en el foco Cassegrain del telescopio JAST/T80

T80Cam instalada en el foco Cassegrain del telescopio JAST/T80

El instrumento científico del telescopio JAST/T80 y de J-PLUS es T80Cam, una cámara de gran campo instalada en el foco Cassegrain del telescopio. Esta cámara está equipada con un detector CCD de alta sensibilidad de 9.200 x 9.200 píxeles de 10 micras cuya lectura se realiza a través de 16 puertos de forma simultánea, permitiendo tiempos de lectura de ~12s con un ruido de lectura típico de 3.5 electrones (RMS). Este CCD cubre casi la totalidad del campo de visión del telescopio JAST/T80 (FoV) con una escala de píxel de 0.55"/píxel. J-PLUS va a observar más de 8500 grados cuadrados del cielo a través de un conjunto cuidadosamente optimizado de 12 filtros de banda ancha y estrecha.

T80Cam está compuesta fundamentalmente por dos sistemas (Figura 1): el filtro y una unidad de obturador (FSU) y la cámara criogénica. La FSU incluye el obturador y dos ruedas de filtros. Mientras que la cámara comprende el criostato, los sistemas de enfriamiento y vacío, el detector CCD, una ventana de entrada con potencia óptica y la electrónica del detector. Estos dos subsistemas se describen a continuación.

T80Cam modelo 3D

Figura 1. T80Cam modelo 3D. El panel de la izquierda muestra el instrumento completamente montado. Los dos subsistemas principales pueden ser claramente identificados. La parte de arriba del instrumento representa la FSU que contiene el obturador y dos ruedas de filtros. El objeto con forma cilíndrica que se encuentra bajo la FSU representa el subsistema de la cámara. El panel de la derecha muestra la misma vista de T80Cam, pero sin la cubierta, donde se puede apreciar las dos ruedas de filtros y el obturador.

CÁMARA CRIOGÉNICA

La cámara consiste en una cámara criogénica 110S fabricada por Spectral Instruments (Tucson, AZ, USA). Está equipada con un CCD trasero iluminado grade-1 e2v CCD290-99 (Figura 2) de alta eficiencia de 9.2k-por-9.2k, 10μm píxel. Este CCD de gran formato tiene un área de imagen de 9.2k-by-9.2k, 10μm píxel cubriendo casi la totalidad del campo de visión del telescopio JAST/T80 (FoV) con una escala de píxel de 0.55"/píxel. El CCD se lee de forma simultánea por 16 puertos permitiendo tiempos de lectura de 12s con un ruido de lectura de 3.4 e- (RMS). El sensor tiene una capa anti-reflectante (AR) de banda ancha para optimizar el rendimiento de 380 a 850 nm.

CCD290-99

Figura 2. CCD290-99.

La electrónica de control de la cámara permite 16 modos de lectura diferentes, enumerados en la tabla 1. Además, las regiones de interés (ROI) se pueden seleccionar con la consiguiente disminución del tiempo de lectura. El software de toma de imágenes proporciona imágenes FITS con cabeceras que contienen toda la información relevante para el manejo de la cámara y el telescopio.

Junto con el CCD y su electrónica de control, el sistema de la cámara se completa con una ventana de entrada con potencia óptica y los sistemas de enfriamiento y vacío. El detector CCD se criorefrigera a una temperatura de operación de -100ºC con un sistema de enfriamiento cerrado cryo-tiger. La figura 3 muestra la cámara criogénica de Spectral Instruments 1110S a su llegada a la sede del CEFCA.

Tabla 1. Modos de lectura disponibles en T80Cam.
MODO Binning Ganancia Tiempo de lectura (s) Ruido de lectura (e-, RMS)
00 1x1 Normal 6.6 6.3
01 1x1 Alto 6.6 5.2
02 2x2 Normal 3.0 6.3
03 2x2 Alto 3.0 5.2
04 1x1 Normal 12.0 4.3
05 1x1 Alto 12.0 3.4
06 2x2 Normal 4.3 4.3
07 2x2 Alto 4.3 3.4
08 1x1 Normal 23.2 3.4
09 1x1 Alto 23.2 2.7
10 2x2 Normal 6.7 3.4
11 2x2 Alto 6.7 2.7
12 1x1 Normal 53.8 2.7
13 1x1 Alto 53.8 2.3
14 2x2 Normal 17.7 2.7
15 2x2 Alto 14.7 2.3
Cámara criogénica T80Cam a su llegada a la sede del CEFCA

Figura 3. Cámara criogénica T80Cam a su llegada a la sede del CEFCA.

FILTROS Y UNIDAD DE OBTURADOR (FSU)

La FSU se ha diseñado y fabricado por el Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) y el CEFCA. Incluye la unidad de filtros, la unidad de obturador y la pestaña de soporte de la cámara criogénica. Esta última permite el ajuste fino de la cámara respecto al eje óptico del telescopio. La FSU tiene dos ruedas de filtros desmontables, cada una capaz de albergar 6 filtros. El control de estas ruedas se realiza utilizando motores de velocidad gradual y encóderes absolutos rotatorios. El obturador ha sido suministrado por Bonn-Shutter UG. Se trata de un obturador de apertura libre de 125mm y doble hoja que ofrece un tiempo de exposición mínimo de 0.1s y una homegeneidad de exposición mejor de 1ms sobre el campo completo de visión. La figura 4 muestra la FSU durante su integración y pruebas en la sede del CEFCA.

FSU durante su integración y pruebas en la sede del CEFCA

Figura 4. FSU durante su integración y pruebas en la sede del CEFCA.

PRESTACIONES DE T80CAM

La calidad de imagen de T80Cam y JAST/T80 ha sido analizada cuidadosamente y se muestra a continuación. La energía policromática correspondiente al centro (0 grados), medio (0.5 grados) y borde (0.85 grados) del campo de visión completo se representa en la figura 5. La energía de difracción al cuadrado limitada (EE) formada por los mismos elementos se muestra para su comparación. Los diagramas de puntos se representan en la figura 5 para los ángulos 0°, 0.25°, 0.5° y 0.85°.

Tabla 2. Principales prestaciones de T80Cam
FoV 1.4º x 1.4º
EE50 Ø =6 μm
EE80 Ø =13 μm
Formato de la CCD 9,216 x 9,232 pix, 10 μm/pix
Escala de píxel 0.55 “/pix
Número de modos de lectura 16
Tiempo de lectura (modo05) 12s
Ruido de lectura (modo05) 3.4 e- (RMS)
Full well 90,000 e-
QE 40% (350nm), 86% (400nm), 93% (500nm), 93% (650nm), 61% (900nm)
Linearidad 1% hasta 74ke-
Tiempo mínimo de exposición 0.1s
Homogeneidad de exposición >1 ms
CTE >0.99995
Dark current 0.00008e-/pixel/s
Temperatura de operación de la CCD -100ºC
Número de filtros 12
JAST/T80 + T80Cam diagrama de energía de difracción limitada JAST/T80 + T80Cam Diagrama de puntos

Figura 5. Izquierda: JAST/T80 + T80Cam diagrama de energía de difracción limitada correspondiente al centro (0 grados), medio (0.5 grados) y borde (0.85 grados) del campo completo de visión. Derecha: JAST/T80 + T80Cam Diagrama de puntos para los ángulos de campo 0°, 0.25°, 0.5° y 0.85°.

FILTROS DE T80CAM: SISTEMA DE FILTROS DE J-PLUS

El proyecto J-PLUS se ha concebido para realizar las tareas de calibración del proyecto principal J-PAS. En este contexto, el sistema de filtros de J-PLUS se ha optimizado para obtener los parámetros estelares, Teff, log g, [Fe/H], a través del ajuste de modelos de calibración de flujo de las estrellas observadas. Simulaciones detalladas han demostrado que esta tarea se puede realizar con un conjunto de 12 filtros de banda ancha y estrecha cuidadosamente seleccionados. La tabla 2 muestra las características principales de estos 12 filtros.

Tabla 3. Principales características de los filtros de J-PLUS.
# Filtro Nombre del filtro CW (nm) FWHM (nm) Comentarios Curva de transmisión
1 uJAVA 348.5 50.8 En común con J-PAS Descargar
2 F0378 378.5 16.8 [OII]; en común con J-PAS Descargar
3 F0395 395.0 10.0 Ca H+K Descargar
4 F0410 410.0 20.0 Descargar
5 F0430 430.0 20.0 Banda G Descargar
6 gSDSS 480.3 140.9 SDSS Descargar
7 F0515 515.0 20.0 Mgb Triplet Descargar
8 rSDSS 625.4 138.8 SDSS Descargar
9 F0660 660.0 14.5 Hα; en común con J-PAS Descargar
10 iSDSS 766.8 153.5 SDSS Descargar
11 F0861 861.0 40.0 Ca Triplet Descargar
12 zSDSS 911.4 140.9 SDSS Descargar

Los filtros han sido fabricados por SCHOTT y han sido recibidos, caracterizados y aceptados por el CEFCA. En la figura 6 se muestran las curvas de transmisión medidas de los filtros.

Curvas de transmisión medidas de los filtros de J-PLUS

Figura 6. Curvas de transmisión medidas de los filtros de J-PLUS.

Los filtros han sido escaneados en el CEFCA y un mapa 2D de cada filtro se ha medido e incorporado en las pipelines de reducción de datos para un correcto análisis de datos. Las curvas de transmisión de los filtros y, por lo tanto, su longitud de onda central se han medido en el CEFCA para una completa caracterización del sistema. Como ejemplo, en la figura 7 se muestra el mapa 2D del filtro 9 de J-PLUS (H-alpha). La variación de longitud de onda central a lo largo de la superfie del filtro se expresa en % de la longitud de onda central.

Filtro número 9 (H-alpha) Mapa 2D del filtro 9 de J-PLUS (H-alpha)

Figura 7. Izquierda: Filtro 9 de J-PLUS (H-alpha). Derecha: Mapa 2D del filtro 9 de J-PLUS (H-alpha).