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Cámara NIR

NIRCam finalizó su producción en 2013. Instalación de NIRCam en 2014 NIRCam (Cámara de Infrarrojo Cercano) es un instrumento a bordo del Telescopio Espacial James Webb . Tiene d...

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NIRCam finalizó su producción en 2013.
Instalación de NIRCam en 2014

NIRCam (Cámara de Infrarrojo Cercano) es un instrumento a bordo del Telescopio Espacial James Webb . Tiene dos funciones principales: como generador de imágenes en el rango de longitud de onda de 0,6 a 5 μm y como sensor de frente de onda para mantener los espejos de 18 secciones funcionando como uno solo. [ 1 ] [ 2 ] En otras palabras, es una cámara y también se utiliza para proporcionar información para alinear los 18 segmentos del espejo primario. [ 3 ] Es una cámara infrarroja con diez matrices de detectores de telururo de mercurio-cadmio (HgCdTe), y cada matriz tiene una matriz de 2048×2048 píxeles. [ 1 ] [ 2 ] La cámara tiene un campo de visión de 2,2×2,2 minutos de arco con una resolución angular de 0,07 segundos de arco a 2 μm. [ 1 ] NIRCam también está equipada con coronógrafos, que ayudan a recopilar datos sobre exoplanetas cercanos a las estrellas. Ayuda a obtener imágenes de cualquier cosa que esté junto a un objeto mucho más brillante, porque el coronógrafo bloquea esa luz. [ 2 ]    

NIRCam se encuentra alojado en el Módulo Integrado de Instrumentos Científicos (ISIM). Está conectado mecánicamente al ISIM mediante un sistema de soportes cinemáticos con forma estructural de puntales. Hay correas térmicas que conectan el conjunto del banco óptico de NIRCam a la estructura del ISIM y a los radiadores térmicos. [ 4 ] Está diseñado para operar entre 32 K (−241,2 °C; −402,1 °F) y 37 K (−236,2 °C; −393,1 °F) . [ 5 ] La electrónica del plano focal opera a 290 K. [ 4 ]      

NIRCam debería poder observar objetos tan débiles como magnitud +29 con una exposición de 10.000 segundos (aproximadamente 2,8  horas). [ 6 ] Realiza estas observaciones en luz de longitud de onda de 0,6 a 5  μm (600 a 5000 nm ). [ 7 ] Puede observar en dos campos de visión, y cualquiera de los lados puede realizar imágenes o, gracias a las capacidades del equipo de detección de frente de onda , espectroscopia. [ 8 ] La detección de frente de onda es mucho más fina que el grosor de un cabello humano promedio. [ 9 ] Debe funcionar con una precisión de al menos 93 nanómetros y en las pruebas ha alcanzado incluso entre 32 y 52 nm. [ 9 ] Un cabello humano tiene miles de nanómetros de ancho. [ 9 ]   

Principal

Componentes

Unidad de prueba de ingeniería de NIRCam, que muestra algunos de los componentes ópticos internos de NIRCam, como las lentes colimadoras y los espejos.

Los componentes del sensor de frente de onda incluyen: [ 8 ]

  • Sensores de Hartmann dispersos
  • Grismas para espectroscopia sin rendija en el  rango de 2,5 a 5,0 μm .
  • Lentes débiles
Modelo CAD del módulo NIRCAM

Partes de NIRCam: [ 10 ]

  • Espejo de recogida
  • Coronógrafo
  • Espejo de primer pliegue
  • Lentes colimadoras
  • Divisor de haz dicróico
  • rueda de filtros de onda larga
  • Grupo de lentes de cámara de onda larga
  • plano focal de onda larga
  • Conjunto de rueda de filtro de onda corta
  • Grupo de lentes de cámara de onda corta
  • espejo plegado de onda corta
  • Lente de imagen pupilar
  • Plano focal de onda corta

Descripción general

Infografía de los instrumentos del Telescopio Espacial James Webb y sus rangos de observación de luz por longitud de onda.

NIRCam tiene dos sistemas ópticos completos para redundancia. [ 3 ] Los dos lados pueden operar al mismo tiempo y observar dos parches separados del cielo; los dos lados se denominan lado  A y lado  B. [ 3 ] Las lentes utilizadas en la óptica interna son refractores tripletes . [ 3 ] Los materiales de las lentes son fluoruro de litio (LiF), fluoruro de bario (BaF 2 ) y seleniuro de zinc (ZnSe). [ 3 ] Las lentes tripletes son ópticas colimadoras . [ 11 ] La lente más grande tiene una apertura libre de 90  mm. [ 11 ]

El rango de longitud de onda observado se divide en una banda de longitud de onda corta y una banda de longitud de onda larga. [ 12 ] La banda de longitud de onda corta va de 0,6 a 2,3  μm y la banda de longitud de onda larga va de 2,4 a 5  μm; ambas tienen el mismo campo de visión y acceso a un coronógrafo. [ 12 ] Cada lado de la NIRCam ve un parche de cielo de 2,2  minutos de arco por 2,2  minutos de arco en las longitudes de onda cortas y largas; sin embargo, el brazo de longitud de onda corta tiene el doble de resolución. [ 11 ] El brazo de longitud de onda larga tiene una matriz por lado (dos en total), y el brazo de longitud de onda corta tiene cuatro matrices por lado, u 8 en total. [ 11 ] El lado  A y el lado  B tienen un campo de visión único, pero son adyacentes entre sí. [ 11 ] En otras palabras, la cámara observa dos  campos de visión de 2,2 minutos de arco de ancho que están uno al lado del otro, y cada una de estas vistas se observa en longitudes de onda cortas y largas simultáneamente, con el brazo de longitud de onda corta teniendo el doble de resolución que el brazo de longitud de onda más larga. [ 11 ]

Diseño y fabricación

Los constructores de NIRCam son la Universidad de Arizona, la empresa Lockheed Martin y Teledyne Technologies , en cooperación con la agencia espacial estadounidense, la NASA. [ 2 ] Lockheed Martin probó y ensambló el dispositivo. [ 10 ] Teledyne Technologies diseñó y fabricó los diez conjuntos de detectores de telururo de mercurio-cadmio (HgCdTe). [ 13 ] NIRCam se completó en julio de 2013 y se envió al Centro de Vuelos Espaciales Goddard, que es el centro de la NASA que gestiona el proyecto JWST. [ 14 ]

Los cuatro objetivos científicos principales de NIRCam incluyen:

  1. Explorando la formación y evolución de los primeros objetos luminosos y revelando la historia de la reionización del Universo.
  2. Determinar cómo los objetos que vemos en la actualidad (galaxias, galaxias activas y cúmulos de galaxias) se formaron y evolucionaron a partir del gas, las estrellas y los metales presentes en el universo primitivo.
  3. Mejorar nuestra comprensión del nacimiento de las estrellas y los sistemas planetarios.
  4. Estudiar las condiciones físicas y químicas de los objetos de nuestro sistema solar con el objetivo de comprender el origen de los componentes básicos de la vida en la Tierra.

— Oportunidades científicas con la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) en el telescopio espacial James Webb (JWST) , Biechman, et al. [ 15 ]

Electrónica

Conjunto del plano focal (FPA) de la cámara NIRCam en proceso de inspección, 2013

Los datos de los sensores de imagen (matrices del plano focal) son recopilados por la electrónica del plano focal y enviados a la computadora ISIM. [ 3 ] Los datos entre la FPE y la computadora ISIM se transfieren mediante una conexión SpaceWire . [ 3 ] También hay electrónica de control de instrumentos (ICE). [ 3 ] Las matrices del plano focal contienen 40 millones de píxeles. [ 14 ]

El FPE proporciona o supervisa lo siguiente para el FPA: [ 14 ]

Filtros

Rendimiento de los filtros NIRCam + Elemento Óptico del Telescopio (OTE) del JWST

NIRcam incluye ruedas de filtros que permiten que la luz proveniente de la óptica pase a través de un filtro antes de ser registrada por los sensores. [ 15 ] Los filtros tienen un rango específico de paso de luz, bloqueando las demás frecuencias; esto permite a los operadores de NIRCam cierto control sobre las frecuencias que se observan al realizar una observación con el telescopio. [ 15 ]

Mediante el uso de múltiples filtros, el corrimiento al rojo de galaxias distantes puede estimarse por fotometría. [ 15 ]

Filtros NIRcam: [ 16 ] [ 17 ]

Canal de longitud de onda corta (0,6–2,3  μm)
  • F070W – Uso general
  • F090W – Uso general
  • F115W – Uso general
  • F140M – Estrellas frías , H₂O , CH4
  • F150W – Uso general
  • F150W2 – Filtro de bloqueo para F162M, F164N y DHS
  • F162M – Estrellas frías, fuera de banda para H 2 O
  • F164N – [FeII]
  • F182M – Estrellas frías , H₂O , CH4
  • F187N – Pa-alfa
  • F200W – Uso general
  • F210M – H 2 O , CH4
  • F212N – H2
Canal de longitud de onda larga (2,4–5,0  μm)
  • F250M – CH4 , continuo
  • F277W – Uso general
  • F300M – Hielo de agua
  • F322W2 – Fondo mínimo. Se utiliza principalmente con grismas. Filtro de bloqueo para F323N.
  • F323N – H2
  • F335M – PAH, CH4
  • F356W – Uso general
  • F360M – Enanas marrones, planetas, continuo
  • F405N – Br-alfa
  • F410M – Enanas marrones, planetas, H₂O , CH₄4
  • F430M – CO 2 , N 2
  • F444W – Uso general. Filtro de bloqueo para F405N, F466N, F470N.
  • F460M – CO
  • F466N – CO
  • F470N – H2
  • F480M – Enanas marrones, planetas, continuo

Diagrama etiquetado

Diagrama etiquetado de los componentes de NIRcam

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 "NIRCAM" . Consultado el 5 de diciembre de 2016 .
  2. 1 2 3 4 "El telescopio espacial James Webb" . Consultado el 5 de diciembre de 2016 .
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 "Descripción general del instrumento NIRCam" . NASA . Consultado el 9 de marzo de 2023 .
  4. 1 2 "Descripción general del instrumento Lockheed Martin NIRCam" (PDF) . wp.optics.arizona.edu .
  5. ↑ Huff, Lynn W. "Óptica del instrumento NIRCam" (PDF) . ircamera.as.arizona.edu .
  6. ↑ "Detección de la supernova más distante del universo" (PDF) . Consultado el 12 de noviembre de 2022 .
  7. ↑ "Instrumentos científicos" . STScI . Consultado el 22 de julio de 2025 .
  8. 1 2 Greene, Thomas P.; Chu, Laurie; Egami, Eiichi; Hodapp, Klaus W.; Kelly, Douglas M.; Leisenring, Jarron; Rieke, Marcia; Robberto, Massimo; Schlawin, Everett; Stansberry, John (2016). "Espectroscopia sin rendija con la cámara de infrarrojo cercano del telescopio espacial James Webb (JWST NIRCam)". En MacEwen, Howard A; Fazio, Giovanni G; Lystrup, Makenzie; Batalha, Natalie; Siegler, Nicholas; Tong, Edward C (eds.). Telescopios e instrumentación espacial 2016: óptico, infrarrojo y ondas milimétricas . Vol. 9904. pp. 99040E. arXiv : 1606.04161 . doi : 10.1117/12.2231347 . S2CID 119271990 .   
  9. 1 2 3 "Lockheed Martin prepara uno de los instrumentos infrarrojos más sensibles jamás fabricados para el telescopio de la NASA" . www.lockheedmartin.com . Consultado el 21 de enero de 2017 .
  10. 1 2 "NIRCam para JWST" . Archivado del original el 3 de noviembre de 2021. Recuperado el 5 de diciembre de 2016 .
  11. 1 2 3 4 5 6 "Descripción general del instrumento NIRCam" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 17-11-2016 . Recuperado el 09-12-2016 .
  12. 1 2 "JWST – Directorio eoPortal – Misiones satelitales" .
  13. ↑ "Descripción general del detector NIRCam" . Documentación para el usuario del JWST .
  14. 1 2 3 "Lockheed Martin envía una cámara de infrarrojo cercano" . Comunicados de prensa de Lockheed Martin .
  15. 1 2 3 4 "Oportunidades científicas con la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) en el telescopio espacial James Webb (JWST)" (PDF) . Consultado el 12 de noviembre de 2022 .
  16. ↑ "NIRCam" . Archivado del original el 19 de mayo de 2022. Consultado el 23 de febrero de 2020 .
  17. ↑ "Filtros NIRCam – Documentación para el usuario del JWST" . jwst-docs.stsci.edu . Consultado el 6 de agosto de 2022 .
  • Sitio web de la NASA sobre el JWST – NIRCam
  • NIRCam archivado el 3 de noviembre de 2021 en Wayback Machine .
  • Galería de NIRCam en Flickr
  • Guía de bolsillo de NIRCam. Archivada el 19 de mayo de 2022 en Wayback Machine (PDF de 2 páginas).
  • Espectroscopia sin rendija con la cámara de infrarrojo cercano del telescopio espacial James Webb (JWST NIRCam)
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