CTA - obserwatorium astronomii gamma najwyzszych energii

CTA - obserwatorium astronomii gamma najwyzszych energii

Współpraca nauki z przemysłem - projekt "Cherenkov Telescope Array"
CTA - obserwatorium astronomii gamma
najwyższych energii
Michał Ostrowski
Koordynator Polskiego Konsorcjum
Projektu "Cherenkov Telescope Array"
Dziękuję Wernerowi Hofmannowi za użyczenie części slajdów do tej prezentacji
1 TeV (teraelektronowolt) = 1012 eV
Promienie gamma o energiach około MILIONA razy większych
od promieni gamma z wybuchów bomb termojądrowych
Obrazowanie kosmosu
Obserwatorium
radiowe VLA
Mauna Kea
X
Teleskop Hubble'a
SALT
SALT
Obserwatorium rentgenowskie
Chandra
Radio
Podczerwień
Światło widzialne
(eV)
X
Promienie gamma
Radio
10-6 eV
Podczerwień
Światło widzialne
X
Promienie gamma
Radio
Podczerwień
10-2 eV
Światło widzialne
X
Promienie gamma
Radio
Podczerwień
Światło widzialne
X
103 eV
Promienie gamma
Radio
Podczerwień
Światło widzialne
X
Promienie gamma
109 eV
romienie gamma
Promieniowanie gamma najwyższych energii
1012 eV (= 1 TeV)
Obserwatorium H.E.S.S. w Namibii
Badanie kosmicznych
akceleratorów cząstek
Źródło promieniowania
kosmicznego
p + jądro π +X
πo γγ
Poszukiwanie źródeł – tylko cząstki neutralne
Astronomia gamma
Foton
promieniowania gamma
Pęk
cząstek e+,e-
Detekcja promieni gamma w
zakresie TeV
~ 10 km
używając "teleskopów
Czerenkowa"
~ 1o
Podstawowa cecha:
olbrzymia powierzchnia
detektora ~ 0.1 km2
~ 120 m
Natężenie świecenia
energia
Kształt obrazu
Rozróżnienie cząstek
Orientacja obrazu
kierunek
Analiza w trakcie obserwacji
HESS wykrywa źródło promieniowania gamma
Czas obserwacji
Ten obraz pokazuje
odchyłki od średniej
(animacja od M. Fuessling'a)
Kamera:
960 pikseli, 0.16o
5o pole widzenia (1.4 m)
Jim Hinton
ICRC 2007
Jim Hinton
ICRC 2007
Cele badawcze CTA
Pozostałości Pulsary i
po SN ich mgławice
Promienie
kosmiczne
Układy *
Ciemna materia
Aktywne Błyski prom.
jądra galaktyk gamma
Teoria kwantowej grawitacji Kosmologia
Przykłady z eksperymentu H.E.S.S.
alias Vela Junior
Pozostałość po wybuchu gwiazdy
supernowej w promieniach gamma
Vela Junior
Vela (Rosat)
Vela Junior
d ≈200 pc
wiek ≈ 700 y
PWN
Źródła γ
odkryte przez
H.E.S.S.'a
są
rozciągłe
przesunięte
względem
pulsara
Struktura mgławicy pulsarowej:
HESS J1825-137
> 2.5 TeV
1 – 1.5
2.5 TeV
< 1 TeV
a teraz układy podwójne:
Pozostałości po SN
Mgławice napędzane
wiatrem z pulsara
Układy podwójne gwiazd
“Ciemne źródła”
Centrum Galaktyki
Źródła promieni gamma & ich fizyka
Mikrokwazar
Okres mierzony w
promieniowaniu gamma:
3.908±0.002 days
LS 5039
• 4 (?) M❤ obiekt na
ekscentrycznej
• 3.906-dniowej orbicie wokół
gwiazdy o masie 20-30 M❤
• najbliżej: ~10 mln km
lub ~2 promienie gwiazdy
Zmiany widma
promieniowania gamma
pochłanianie fotonów gamma
przez oddziaływanie z
promieniowaniem gwiazdy
γ+γ→e+e-
“Ciemne” źródła: Obiekty
bez widocznych odpowiedników w X, radio, …
Rainer Schödel
Rozbłysk w IR
Centrum Naszej Galaktyki
H.E.S.S.
Płaszczyzna Galaktyki
źródło promieniowania
gamma
Sgr A*
Sgr A East
SNR (radio)
Centrum Galaktyki
H.E.S.S.
Płaszczyzna Galaktyki
Centrum Galaktyki
H.E.S.S.
Obłoki molekularne
Płaszczyzna Galaktyki
Po odjęciu źródeł punktowych
p
γ
Badania pozagalaktyczne
Fizyka dżetów z aktywnych jąder galaktyk
Rozkład kosmologicznego promieniowania
tła (EBL) w zakresie IR-UV
EBL
x
x
x
γVHEγEBL → e+e-
Extragalactic Background Light
ograniczenie
na EBL
pomiary
X
górne
granice
Wszechświat
bardziej
przeźroczysty
X
dolne ograniczenie
ze zliczeń galaktyk
ograniczenie HESS'a
kształt modelowy EBL
Galaktyki z masywną czarną dziurą:
szybka zmienność w zakresie TeV
2 minutowa zmienność
Polska inwestycja
>0.5 mln Euro
H.E.S.S.
H.E.S.S.
Faza IIII
Badania dzisiaj: HESS, MAGIC, VERITAS
Kolejny krok
CTA
CTA: Cherenkov Telescope Array
- wielki projekt światowy
Polska jednym z głównych partnerów
MAGIC
VERITAS
Z Polski:
UJ
IFJ PAN
Kraków
AGH
Cyfronet
CAMK PAN
CBK PAN
Warszawa
UW
Łódź
UŁ
Toruń
UMK

25 państw
>150 instytutów badawczych
> 850 osób
H.E.S.S.

Podstawowa sieć teleskopów
o średnicach ~10 m
czułość 0.001 Kraba
w zakresie 100 GeV–10 TeV
6o – 8o field of view
Not to scale !
Wielkie teleskopy
do "niskich" energii
próg energetyczny
około 20-30 GeV
mniejsze pole widzenia
Not to scale !
Sieć teleskopów do
wysokich energii
do 300 TeV
10 km2 powierzchni
duże pole widzenia
Not to scale !
Gdzie powstanie CTA ?
Obserwatorium globalne,
z dwoma miejscami do obserwacji
Dobry widok
na odległy
Wszechświat
widać w szczegółach
centrum Naszej Galaktyki
Realizacja fazy przygotowawczej CTA
w Polsce
(finansowanie z grantów krajowych i FP7, w sumie >3 mln Euro)
Prace techniczne obejmują:
prace nad mechaniczną konstrukcją teleskopów (IFJ PAN)
opracowanie nowatorskiej technologii zwierciadeł kompozytowych (CBK PAN
oraz IFJ PAN)
opracowanie cyfrowej elektroniki do teleskopów (UJ, AGH)
oprogramowanie, zbieranie danych pomiarowych i modelowanie Monte Carlo
(CAMK PAN, UŁ, CYFRONET)
budowę niewielkich automatycznych teleskopów do monitorowania pogody
(UW)
udostępnianie infrastruktury komputerowej (CAMK PAN, CYFRONET)
Prace nad wymaganiami naukowymi dla CTA : CAMK PAN, IFJ PAN, UW, UJ,
UŁ, UMK
Kosztorys budowy CTA szacuje się na 200 milionów Euro
Projekt ten jest na głównych "mapach drogowych"
wielkich infrastruktur badawczych na świecie:
ESFRI, ASPERA, ASTRONET, także na
Polskiej Mapie Drogowej
Początek budowy CTA w roku 2014
Polska jest jednym z głównych partnerów CTA,
z ambicjami
- na znaczący ~10% udział w budowie,
- realizację w kraju zaawansowanych technologicznie
elementów projektu
Potrzeba kontaktów i współpracy z firmami
Mgławica Krab : :
- szerokopasmowe widmo obejmuje 20 dekad
-
Animacja w X-ach
z Chandry
fotony γ – detekcja w 9 dekadach !
100 keV – 100 TeV
EGRET
SYN
CELESTE
Ee ~1015 eV
IC: syn,
opt, IR,
micro,
CMB
B=160 µG
Potencjał badawczy astronomii VHE
X
γ (<GeV)
VHE
Pęki cząstek
wyglądają dosyć podobnie do rojów meteorytów
Obserwacja wielu z nich
pozwala wyznaczyć dokładnie
kierunek z którego przychodzą
(ze Sky & Telescope)
M