Colin Adams, en fysikstudent från UW-Madison, gör en justering av en ny prototypkamera som kommer att användas för att avbilda de flyktiga signaturerna av gammastrålar som kraschar in i luftmolekyler i jordens atmosfär, skapa en dusch av diagnostiska sekundära partiklar. Kredit:Savannah Guthrie
En unik höghastighetskamera, designad för att fånga de flyktiga effekterna av gammastrålar som kraschar in i jordens atmosfär, kommer snart att vara på väg från University of Wisconsin-Madison till Arizonas Mount Hopkins.
Där, Prototypkameran kommer att integreras i ett nytt teleskop som kommer att demonstrera ny teknik för Cherenkov Telescope Array (CTA), ett omfattande internationellt arbete för att konstruera världens mest avancerade och heltäckande markbaserade gammastrålningsdetektor.
"Det här teleskopet driver tekniken till en helt annan regim, " förklarar Vladimir Vassiliev, en professor i fysik och astronomi vid University of California Los Angeles och ledande vetenskapsman för teleskopet som är under uppbyggnad på Mount Hopkins i södra Arizona. Teleskopet, han noterar, kommer att ha oöverträffad spegeloptik och kameran är designad för att fånga de flyktiga pulserna av blått Cherenkov-ljus som skapas när gammastrålar kraschar in i luftmolekyler i jordens atmosfär, skapa en dusch av diagnostiska sekundära partiklar.
"Vi kommer att kunna göra en film med en miljard bilder per sekund av partikelduschen som utvecklas i atmosfären, " säger Justin Vandenbroucke, UW-Madison fysikprofessor som leder utvecklingen av prototypkameran under överinseende av Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center (WIPAC) med stöd från National Science Foundation (NSF).
Ett nytt gammastråleteleskop under uppbyggnad på Mount Hopkins, Arizona. Teleskopet är en del av ett stort projekt känt som Cherenkov Telescope Array, som kommer att bestå av hundratals liknande teleskop som ska placeras på Kanarieöarna och Chile. Teleskopet på Mount Hopkins kommer att utrustas med en prototyp för höghastighetskamera, sammansatt vid University of Wisconsin–Madison, och kan ta bilder med en miljard bilder per sekund. Kredit:Vladimir Vassiliev
Amerikanskt deltagande i CTA stöds av NSF, men det övergripande projektet är ett enormt internationellt åtagande och, när det är färdigt, kommer att bestå av mer än 100 teleskop placerade på Kanarieöarna och Chile. Det kommer att bli det största markbaserade observatoriet för gammastrålning i världen. Mer än 1, 400 forskare från 32 länder är involverade i projektet. Kameran och teleskopet finansieras främst av NSF, med bidrag från deltagande universitet.
Med sin innovativa optik och kamera, det nya teleskopet kommer att användas tillsammans med en befintlig uppsättning av fyra enkelspegelteleskop som omfattar VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System), beläget vid Fred Lawrence Whipple Observatory på Mount Hopkins.
Kamerateknik är avgörande, säger Vandenbroucke, som har arbetat med design och konstruktion av 800-pund, prototypinstrument i golfbilsstorlek sedan 2009 när han var postdoktor vid Stanford University.
Sensorer och elektroniska moduler som är hjärtat i en prototypkamera som integreras av UW–Madison-fysiker till stöd för Cherenkov Telescope Array. Projektet underlättas av Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center. Kredit:Savannah Guthrie
Kameran har äntligen samlats i ett källarlaboratorium i UW-Madisons Chamberlin Hall, där Vandenbrouckes grupp har haft fullt upp med att integrera och testa det. Kamerakomponenter kommer att skickas 7 maj till Arizona, där kameran ska sättas ihop igen, testade och integrerade i det nya teleskopet, som nu förses med sina speglar.
Utmaningen för kameran, enligt Vandenbroucke, är att blixtarna av fotoner eller ljuspartiklar som är av intresse är otroligt snabba. Cherenkov-pulsen i en luftdusch kan vara bara sex nanosekunder, ändå möjliggör varje puls detektering av en gammastrålning som är en biljon gånger mer energisk än vad som kan ses med det mänskliga ögat. Pulserna uppstår slumpmässigt, göra teleskop och kameror med breda synfält väsentligt, säger Vassiliev.
Kombinationen av dubbelspegelteknik och den nya kameran är avsedd att fånga Cherenkovs luftduschar med oöverträffad upplösning. "Detta kommer att vara den första demonstrationen av den här typen av optik för den här typen av teleskop, ", säger Vassiliev. "Gevinsten kommer att vara utmärkt avbildning av Cherenkov luftduschar."
De gammastrålar som är av intresse för CTA-teamet spänner över ett brett spektrum av energier. Teleskopet som byggs av Vassilievs team är designat för att upptäcka gammastrålar i det centrala energiområdet. Objekt som drivs av svarta hål, säger Vandenbroucke, är bland de troligaste källorna till gammastrålar som kommer att analyseras av det nya CTA-teleskopet.
Att öppna en ny gräns för detektion och mätning av gammastrålar, säger Vandenbroucke, kommer att hjälpa till att besvara en rad några av de mest grundläggande frågorna om naturen hos materia och energi i universum. "Gammastrålar är nyckeln till multibudbärarastronomi, ", säger forskaren från Wisconsin. "De har varit avgörande för att identifiera den första gravitationsvågssignalen från sammanslagna neutronstjärnor och kan spela en liknande roll i sökandet efter källorna till neutriner med hög energi."
