De minuscules détecteurs capturent la lumière des premiers instants express
La lumière qui voyage vers nous depuis près de 14 milliards d'années est comme une vieille photographie dont les détails apparaissent avec un développement soigneux. Le rayonnement fossile (luminescence résiduelle du Big Bang) conserve l'empreinte des premiers instants de l'Univers, mais son signal est faible et déformé. Pour discerner les motifs subtils de polarisation — la direction d'oscillation de l'onde lumineuse — il faut des instruments hypersensibles.
Les télescopes ordinaires mettent des années à scanner tout le ciel. Les nouveaux spectromètres supraconducteurs, de la taille d'un timbre-poste, fonctionnent à des températures plus basses que celles de l'espace interstellaire et capturent la lumière sans bruit parasite. Les ingénieurs ont ajouté sur la puce des pistes croisées qui séparent le signal selon la polarisation, comme un aiguillage dirige les trains sur différentes voies. Une couche de diélectrique — un matériau non conducteur — a permis de régler plus précisément chaque détecteur sur la fréquence souhaitée.
Après avoir éliminé les courts-circuits aléatoires dans les lignes, on a pu assembler une matrice de quatorze pixels-spectromètres indépendants. C'est le premier prototype fonctionnel, prêt pour les essais sur le terrain. Si tout se passe bien, les astronomes pourront rapidement dresser des cartes du rayonnement fossile et les comparer aux cartes du fond infrarouge — la lumière des galaxies lointaines. Une telle comparaison montrera comment les amas de galaxies ont grandi et évolué au cours des 10 derniers milliards d'années, et vérifiera si l'Univers s'est réellement dilaté plus vite que la lumière dans les premières fractions de seconde.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2603.16627
Studying the polarization and spectral distortion of the Cosmic Microwave Background (CMB) in tandem with intensity fluctuations of the Cosmic Infrared Background (CIB) allows us to verify our assumptions on cosmic inflation and investigate the dynamics and evolution of galaxy clusters in the last 10 billion years. Because of its broadband emission and being an all-sky extended source, observing the entire CMB in detail is a very time-consuming and expensive exercise. Fortunately, in the last few years, the on-chip superconducting spectrometer technology has moved out of the lab and into the telescope. With its compact size and background-limited sensitivity, this family of instruments is particularly well-suited for fast and large area observations in a relatively unexplored range of the electromagnetic spectrum. However, recent examples of this technology do not yet reach the requirements needed for large spectroscopic and polarimetric surveys of the CMB. We formulate several of these requirements and introduce novel on-chip components and fabrication techniques. We introduce a cross-over to enable distinguishing signal polarization, minimize signal loss by locally optimized lithography of a coplanar-waveguide (CPW), lower the spectral resolution of microstrip filters by deposition of a dielectric layer, and increase the yield of the spectrometer array by removing individual line shorts. These together have culminated in the successful fabrication of a fourteen-spaxel IFU.
Les détecteurs supraconducteurs sont si sensibles qu'ils peuvent repérer un photon unique — comme si l'on entendait tomber un grain de sable du sommet de la tour Eiffel.