Colin Adams, un estudiante de física de la UW-Madison, hace un ajuste a un nuevo prototipo de cámara que se utilizará para obtener imágenes de las firmas fugaces de los rayos gamma que chocan contra las moléculas de aire en la atmósfera de la Tierra, creando una lluvia de partículas secundarias de diagnóstico. Crédito:Savannah Guthrie
Una cámara de alta velocidad única, diseñado para capturar los efectos fugaces de los rayos gamma que chocan contra la atmósfera de la Tierra, pronto estará en camino desde la Universidad de Wisconsin-Madison al Mount Hopkins de Arizona.
Allí, la cámara prototipo se integrará en un nuevo telescopio que demostrará tecnologías novedosas para el conjunto de telescopios Cherenkov (CTA), un esfuerzo internacional de amplio alcance para construir el detector de rayos gamma terrestre más avanzado y completo del mundo.
"Este telescopio lleva la tecnología a un régimen muy diferente, "explica Vladimir Vassiliev, profesor de física y astronomía en la Universidad de California en Los Ángeles y científico principal del telescopio en construcción en el monte Hopkins en el sur de Arizona. El telescopio él nota, tendrá una óptica de espejo incomparable y la cámara está diseñada para capturar los pulsos fugaces de luz azul Cherenkov creados cuando los rayos gamma chocan contra las moléculas de aire en la atmósfera de la Tierra, creando una lluvia de partículas secundarias de diagnóstico.
"Podremos hacer una película a mil millones de fotogramas por segundo de la lluvia de partículas que se desarrolla en la atmósfera, "dice Justin Vandenbroucke, el profesor de física de UW-Madison codirigió el desarrollo de la cámara prototipo bajo los auspicios del Centro de Astrofísica de Partículas IceCube de Wisconsin (WIPAC) con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF).
Un nuevo telescopio de rayos gamma en construcción en el monte Hopkins, Arizona. El telescopio es parte de un gran proyecto conocido como Cherenkov Telescope Array, que estará compuesto por cientos de telescopios similares que se ubicarán en las Islas Canarias y Chile. El telescopio del monte Hopkins estará equipado con un prototipo de cámara de alta velocidad, reunidos en la Universidad de Wisconsin-Madison, y capaz de tomar fotografías a mil millones de fotogramas por segundo. Crédito:Vladimir Vassiliev
La participación estadounidense en CTA es apoyada por NSF, pero el proyecto general es una gran empresa internacional y, cuando esté completo, estará compuesto por más de 100 telescopios ubicados en Canarias y Chile. Será el observatorio terrestre de detección de rayos gamma más grande del mundo. Más de 1, 400 científicos de 32 países están involucrados en la empresa. La cámara y el telescopio están siendo financiados principalmente por NSF, con contribuciones de las universidades participantes.
Con su óptica y cámara innovadoras, el nuevo telescopio se operará en conjunto con una matriz existente de cuatro telescopios de un solo espejo que comprenden VERITAS (Sistema de matriz de telescopios de imágenes de radiación muy energética), ubicado en el Observatorio Fred Lawrence Whipple en Mount Hopkins.
La tecnología de la cámara es fundamental, dice Vandenbroucke, que ha estado trabajando en el diseño y construcción de 800 libras, instrumento prototipo del tamaño de un carrito de golf desde 2009, cuando era un becario postdoctoral en la Universidad de Stanford.
Sensores y módulos electrónicos que son el corazón de un prototipo de cámara que están integrando los físicos de UW-Madison en apoyo de la matriz de telescopios Cherenkov. El proyecto está siendo facilitado por el Centro de Astrofísica de Partículas IceCube de Wisconsin. Crédito:Savannah Guthrie
La cámara finalmente se ha reunido en un laboratorio del sótano en el Chamberlin Hall de UW-Madison, donde el grupo de Vandenbroucke ha estado ocupado integrándolo y probándolo. Los componentes de la cámara se enviarán el 7 de mayo a Arizona, donde se volverá a montar la cámara, probado e integrado en el nuevo telescopio, que ahora está equipado con sus espejos.
El desafío para la cámara, según Vandenbroucke, es que los destellos de fotones o partículas de luz que son de interés son increíblemente rápidos. El pulso de Cherenkov en una ducha de aire puede durar solo seis nanosegundos, sin embargo, cada pulso permite la detección de un rayo gamma un billón de veces más enérgico de lo que puede verse con el ojo humano. Los pulsos ocurren al azar, haciendo que los telescopios y cámaras con amplios campos de visión sean esenciales, dice Vassiliev.
La combinación de la tecnología de doble espejo y la nueva cámara está destinada a capturar las duchas de aire de Cherenkov con una resolución sin precedentes. "Esta será la primera demostración de este tipo de óptica para este tipo de telescopio, ", dice Vassiliev." La recompensa será una excelente imagen de las duchas de aire de Cherenkov ".
Los rayos gamma de interés para el equipo de CTA abarcan una amplia gama de energías. El telescopio que está construyendo el equipo de Vassiliev está diseñado para detectar rayos gamma en el rango de energía central. Objetos alimentados por agujeros negros, dice Vandenbroucke, se encuentran entre las fuentes más probables de rayos gamma que serán analizados por el nuevo telescopio CTA.
Abriendo una nueva frontera en la detección y medición de rayos gamma, dice Vandenbroucke, ayudará a responder una serie de algunas de las preguntas más fundamentales sobre la naturaleza de la materia y la energía en el universo. "Los rayos gamma son el eje de la astronomía de mensajeros múltiples, ", dice el científico de Wisconsin." Han sido esenciales para identificar la primera señal de onda gravitacional de la fusión de estrellas de neutrones y pueden desempeñar un papel similar en la búsqueda de las fuentes de neutrinos de alta energía ".
