Существующая технология ПЗС позволяла проводить такие измерения, но это занимало много времени или было менее эффективно. Астрофизики должны были либо увеличить сигнал (то есть, потратив больше времени на наблюдения на крупнейших в мире телескопах), либо уменьшить электронный шум. ПЗС-матрицы Skipper были представлены в 1990 году для снижения электронного шума до уровней, позволяющих измерять отдельные фотоны. Они делают это, выполняя несколько измерений целевых пикселей и пропуская остальные. Эта стратегия позволяла повысить точность измерений в интереснующих областях изображения, одновременно сокращая общее время считывания.

В 2017 году учёные впервые применили ПЗС-матрицы для экспериментов с регистрацией тёмной материеи, таких как SENSEI и OSCURA. 31 марта и 9 апреля исследователи использовали ПЗС-матрицы в спектрографе SOAR Integral Field Spectrograph для сбора астрономических спектров скопления галактик, двух квазаров, галактики с яркими эмиссионными линиями и звезды, которая потенциально связана с тёмной материей. Впервые в астрофизических удалось достичь субэлектронного шума считывания и подсчитать отдельные фотоны на оптических длинах волн.

«Невероятно то, что эти фотоны попали к нашим детекторам от объектов, находящихся на расстоянии миллиардов световых лет, и мы могли измерить каждый из них по отдельности», — сказал участник наблюдений Марруфо Вильяльпандо.

Исследователи анализируют данные этих первых наблюдений, а следующий запуск прибора Skiper-CCD на телескопе SOAR запланирован уже на июль 2024 года. «Я был удивлён, увидев, что эта технология снова ожила много десятилетий спустя. Результаты просто потрясающие. Я увидел очень чистые данные», — сказал Джим Джейнсик, изобретатель CCD и выдающийся инженер SRI International, исследовательского института, базирующегося в Калифорнии.

После первой успешной демонстрации технологии Skipper CCD в астрофизике учёные уже работают над её усовершенствованием. Следующее поколение Skipper CCD-матриц, разработанное в Фермилаб и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, работает в 16 раз быстрее, чем нынешние устройства. Эти новые устройства значительно сократят время считывания, исследователи уже начали их тестирование в лаборатории.

Следующее поколение ПЗС-матриц было выбрано для использования в будущих проектах Министерства энергетики США по космологии, таких как спектроскопические эксперименты DESI-II и Spec-S5. Кроме того, NASA рассматривает возможность использования ПЗС-матриц для будущей обсерватории Habitable Worlds Observatory, которая будет помогать обнаруживать экзопланеты вокруг солнцеподобных звёзд.

«Я с нетерпением жду возможности увидеть, где могут оказаться эти детекторы. Люди повсюду используют их для удивительных вещей. Их полезность варьируется от физики элементарных частиц до космологии. Универсальная и полезная технология», — сказал Марруфо Вильяльпандо, присоединившийся к программе в 2019 году.