Pole dalekohledu Čerenkov

Čerenkovova dalekohledová
observatoř gama záření Logo CTAO PNG.png Obrázek v Infoboxu. Prototyp 12metrového dalekohledu v Berlíně (2014). Vlastnosti
Typ Atmosférický Čerenkovův zobrazovací dalekohled

Array Cherenkov dalekohled (ve francouzské síti Čerenkovova dalekohledů ), nejčastěji odkazoval se na jeho zkratkou CTA je nová generace pozemních gama dalekohledy , pracující v energetickém rozsahu od několika GeV na více než 300 TeV . Studie této astronomické observatoře začaly v roce 2008. Po dlouhé fázi návrhu a prototypování, která skončila v roce 2009, by měla stavba začít v roce 2020 a měla by být dokončena v roce 2025. CTA se skládá ze 118 atmosférických čerenkovských zobrazovacích dalekohledů tří typů instalovaných na dvou místech : místo na severní polokouli v La Palma (Kanárské ostrovy), které se zvláště zajímá o studium extragalaktických objektů při nejnižších možných energiích, a druhé místo na jižní polokouli poblíž observatoře Cerro Paranal v Chile , která pokrývá celý rozsah energie a zaměřuje se na galaktické zdroje.

Kontext

Gama záření kosmického původu

Nejnásilnější kosmické události, relativistické proudy produkované supermasivními černými dírami ( blazary ), záblesky gama záření atd., Produkují gama záření, tj. Fotony, jejichž energie se pohybuje mezi několika keV a stovkami TeV. Pozorování tohoto záření poskytuje cenné informace o procesech při práci, ale nelze je pozorovat přímo ze země, protože gama paprsky jsou zachycovány zemskou atmosférou. První pozorování gama paprsků kosmického původu byla provedena od 60. let, nejprve pomocí nástrojů na palubách meteorologických balónů zvedajících se nad spodními vrstvami atmosféry, poté pomocí vesmírných observatoří . Palubní přístroje však mají sběrací povrchy jen několik stovek čtverečních centimetrů. Gama paprsky jsou však vzácné: v průměru je jeden gama paprsek na metr čtvereční za rok z nejjasnějších zdrojů a jeden na metr čtvereční za století u nejslabších zdrojů.

Atmosférické Čerenkovské zobrazovací dalekohledy

Když gama paprsek vstupuje do zemské atmosféry rychlostí světla, produkuje kaskády částic tím, že produkuje výbuch modrého světla známého jako Vavilov-Čerenkovův efekt . To je produkováno obrovským množstvím energie přenášené tímto zářením v kombinaci se skutečností, že paprsek gama proniká vzduchem rychlostí světla, zatímco v tomto médiu mají fotony mírně sníženou maximální rychlost (0, 03%). Světlo produkované tímto jevem je generováno v kruhu o průměru 250 metrů po dobu několika nanosekund. Observatoř Čerenkovova dalekohledu má využívat atmosférické čerenkovské zobrazovací dalekohledy, které tento jev využívají. Tyto dalekohledy používají velká zrcadla ke konvergenci Vavilovova-Čerenkovova efektu produkovaného v optické doméně (viditelné a ultrafialové). Vavilov-Čerenkovův efekt je extrémně jemný a trvá jen několik nanosekund. Kamery, které vybavují dalekohledy, musí mít extrémně krátké expoziční časy, aby mohly tyto události zaznamenávat. Používají konvenční fotonásobiče typu PMT nebo křemíkové fotonásobiče typu SiPM k transformaci nasbíraného světla na obraz vodopádu.

Historie projektu

První detekce gama záření ze země byla provedena v roce 1989 pomocí dalekohledu Fred Lawrence Whipple . Následně bylo vytvořeno několik observatoří využívajících Vavilov-Čerenkovův efekt : HESS ( High Energy Stereoscopic System ) v roce 2002 v Namibii , MAGIC ( Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov ) v roce 2004 v La Palma (Kanárské ostrovy) a VERITAS ( Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System ) v Arizoně v roce 2005. Tyto observatoře prokazují technickou životaschopnost tohoto typu pozorování a umožňují získat důležité vědecké výsledky, které otevírají cestu k mnohem ambicióznějšímu projektu, CTA.

Projekt observatoře CTA navrhuje a rozvíjí konsorcium CTA (CTAC), které vzniklo v roce 2008 a v roce 2019 sdružuje více než 1400 členů z 200 výzkumných laboratoří ve 32 zemích po celém světě. V roce 2014 byla v Heidelbergu vytvořena observatoř CTA (CTAO), která poskytuje právní rámec pro činnost projekční kanceláře a podepsané smlouvy na výstavbu observatoře. V letech 2010 až 2013 provedlo konsorcium CTA studii s cílem identifikovat místa, která by pravděpodobně byla hostitelem observatoře. Místa La Palma (Kanárské ostrovy) a na observatoři Cerro Paranal v Chile byly vybrány v červenci 2015. V roce 2016 ústředí CTA se nachází v Bologni , Itálie, zatímco Zeuthen, u Berlína , Německa , byl vybrán pro hostitele pro zpracování dat centrum.

Pro Malý dalekohled (SST) jsou navrženy tři architektury. V červnu 2019 byla vybrána dvouzrcadlová architektura ASTRI ( Astrofisica con Specchi a Tecnologia replicante Italiana ) navržená týmem vedeným Itálií (INAF) vybaveným kamerou CHEC ( Compact High-Energy Camera ). Architektura středních a velkých dalekohledů (MST a LST) musí být definována do konce roku 2019.

Náklady na projekt se v říjnu 2019 odhadují na 310 milionů eur.

Organizace

Projekt provozují dvě organizace. Konsorcium CTA (CTAC), které v roce 2019 sdružuje více než 1400 členů z 200 laboratoří ve 31 zemích po celém světě, definuje vědecké cíle observatoře a bude odpovědné za vědeckou analýzu údajů a zveřejnění výsledků . Výzkumné ústavy, které jsou členy konsorcia, poskytují prvky observatoře a zajišťují její recepturu před uvedením do provozu a vědeckými operacemi. Francouzské laboratoře podílející se na společném úsilí v laboratořích CEA a CNRS , přesněji řečeno jejích ústavů: Národního ústavu jaderné fyziky a částicové fyziky a Národního ústavu věd vesmíru . CTA je navržena a vybudována mezinárodní spoluprací vědců se silným zapojením evropských institucí. Projekt je plánem Evropského strategického fóra pro výzkumné infrastruktury (ESFRI), fyziky astropartiklů evropské sítě ASPERA a astrofyziky evropské sítě ASTRONET.

CTAO ( CTA Observatory ) je právní společnost, která dočasně až do vytvoření evropské výzkumné společnosti typu European Research Infrastructure Consortium (CRIN) přebírá design observatoře a její výstavbu v úzké spolupráci s CTAC. . CTAO se skládá z akcionářů z 11 zemí a jedné mezivládní organizace ( Evropská jižní observatoř ) a dvou přidružených zemí. Rada CTAO se schází nejméně jednou ročně. Země akcionářů a výzkumné organizace, které je zastupují, jsou tyto:

Vědecké cíle

Fyzikální program CTA jde nad rámec vysokoenergetické astrofyziky a zabývá se kosmologií a teoretickou fyzikou .

Očekává se, že CTA zvýší citlivost řádově (10krát) ve srovnání s dalekohledy současné generace pomocí atmosférické čerenkovské zobrazovací techniky, jako jsou HESS , MAGIC a VERITAS . Musí najít více než tisíc nových zdrojů nebeských objektů gama paprsků, desetkrát více než počet zdrojů identifikovaných v době jeho početí.

Relativistické kosmické částice

Relativistické částice (tj. Částice, jejichž rychlost se blíží rychlosti světla) hrají hlavní roli ve velkém počtu astrofyzikálních jevů od výbuchů supernov po aktivní galaxie . V intergalaktickém prostředí naší vlastní galaxie je vztah mezi kosmickými paprsky, oblaky plynu a magnetickými poli špatně chápán, stejně jako celkový dopad na proces formování a vývoje galaxií. CTA má poskytnout první přesná měření protonů a jader přítomných v astrofyzikálních systémech a poskytnout v těchto systémech mechanismy akcelerace, transportu a produkce kosmického záření.

Prvním cílem gama astrofyziky je identifikovat zdroje zrychlení kosmického záření, zejména stanovit hlavní generátory kosmického záření, které jsou z 99% složeny z protonů a kosmických jader. CTA by měla odpovědět na následující otázky, které dosud nebyly zodpovězeny:

Odpovědi na tyto otázky musí poskytnout dva typy pozorování:

Vyvstává otázka, jakou roli hrají tyto zrychlené částice v objektech, které je hostí, a jak jsou transportovány na velké vzdálenosti. CTA musí mapovat emise kolem mnoha zdrojů gama záření a identifikovat je, aby bylo možné rozlišit morfologii spojenou s procesy difúze ( hadrony ) a chlazení ( elektrony ).

Extrémní prostředí

Zrychlení částic na velmi vysoké energie je spojeno s extrémním prostředím v blízkosti neutronových hvězd , černých děr nebo v relativistických proudech hmoty nebo při výbuchech. Emise těchto částic poskytují informace o těchto prostředích, které kvůli vzdálenosti nebo odlehlosti v čase nelze pozorovat v jiných energetických rozsazích.

Na hranicích fyziky

CTA by měla pomoci objevit podstatu a vlastnosti temné hmoty . To představuje 27% hmoty vesmíru a zůstává velkým vědeckým tajemstvím. Hvězdárna by měla pozorovat samo-zničení částic temné hmoty v širokém hmotnostním rozsahu. CTA by měla otestovat existenci částic podobných axiím a identifikovat možná porušení Lorentzovy invariance .

Pozorované oblasti vesmíru

Aby bylo možné tyto cíle splnit co nejúčinněji, upřednostňuje CTA pozorování určitých oblastí oblohy:

Vlastnosti observatoře

Dalekohledy CTA jsou instalovány na dvou místech, v každé polokouli:

Aby bylo možné pokrýt velmi široké spektrum pozorovaných gama paprsků (20 GeV až 300 TeV ), musí být rozmístěny tři typy dalekohledů o celkové ploše více než jednoho milionu m²:

Zdroj: CTA
LST STD BOZP
Pozorované gama záření 20 GeV - 3 TeV 80 GeV -50 TeV 1-3 TeV
Počet dalekohledů 4 (severní místo)
4 (jižní místo)		 15 (severní strana)
25 (jižní stránka)		 70 (jižní strana)
Optický typ Parabolický Davies-Cotton upraven Schwarzschild-Couder se dvěma zrcátky
Průměr primárního zrcadla 23 m 11,5 m 4,3 m
Průměr sekundárního zrcadla 1,8 m
Efektivní plocha zrcadla 370 m² 88 m² 8 m²
Ohnisková vzdálenost 28 m 16 m 2,15 m
Celková váha 103 tun 82 tun 19 tun
Zorné pole 4,3 ° 7,5 ° 10,5 °
Počet pixelů 1855 1764 2368
Velikost pixelu 0,1 ° 0,17 ° 0,19 °
Snímková frekvence > 7 kHz > 6 kHz > 0,3 kHz
Ukazující čas na jakoukoli jinou pozici 30 sekund 90 sekund 60 sekund
Přesnost ukazování <14 obloukových sekund <7 obloukových sekund <7 obloukových sekund

Poznámky a odkazy

  1. "  na světě nejdokonalejší gamma ray observatory  " , na CTA , Cherenkov Telescope Array (přístupné 08.10.2019 )
  2. (in) „  Jak CTA detekuje Cherenkovovo světlo  “ na CTA , Cherenkov Telescope Array (přístup 11. října 2019 )
  3. (en) Werner Hofmann a kol. , „  Cherenkov Telescope Array: Zkoumání o velmi vysoké energii nebe z místa Paranalu ESO  “ , Posel (ESO) , n o  168,červen 2017, str.  21-26 ( DOI  10.18727 / 0722-6691 / 50 , číst online )
  4. (en) Wolfgang Wild, „  Newletter říjen 2019: Proces a stav harmonizace dalekohledu malého rozsahu  “ , na CTA , Cherenkov Telescope Array,října 2019
  5. (in) Wolfgang Wild, „  Kamera CHEC-S dosahuje prvního světla na dalekohledu ASTRI Horn  “ na CTA , Cherenkov Telescope Array,2019
  6. (It) „  ASTRI in brief  “ , INAF (zpřístupněno 9. října 2019 ).
  7. (in) „  Globální skupina ústavů a ​​vědců přispívajících k CTA  “ na CTA , Cherenkov Telescope Array (zpřístupněno 11. října 2019 )
  8. CTA veřejné stránky
  9. (in) „  Řídící orgány projektu CTA  “ na CTA , Cherenkov Telescope Array (zpřístupněno 11. října 2019 )
  10. (in) CTA Consortium , Science with the Cherenkov Telescope Array , Singapore, World Scientific ,2019, 338  s. ( ISBN  978-981-327-008-4 , číst online )
  11. (en) „  Science - Study Themes  “ , na CTA , Cherenkov Telescope Array (přístup k říjnu 2019 )
  12. (in) „  Science - Key Targets  “ na CTA , Cherenkov Telescope Array (přístup 10. října 2019 )
  13. Slavnostní otevření prvního velkého dalekohledu CTA, ohlédnutí se za deseti lety práce
  14. „  ESO bude hostit jižní pole dalekohledu Čerenkovův dalekohled na Paranalu  “ , na CTA , Evropská jižní observatoř,20. prosince 2018
  15. „  Specifikace dalekohledu CTA  “ , CTA , Cherenkov Telescope Array (zpřístupněno 8. října 2019 )

Bibliografie

Podívejte se také

Související články

externí odkazy