science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Prototype cameraset voor integratie in nieuwe gammastralingstelescoop

Colin Adams, een UW-Madison natuurkunde undergraduate, maakt een aanpassing aan een nieuwe prototype camera die zal worden gebruikt om de vluchtige handtekeningen van gammastralen in beeld te brengen die botsen op luchtmoleculen in de atmosfeer van de aarde, het creëren van een regen van diagnostische secundaire deeltjes. Krediet:Savannah Guthrie

Een unieke high-speed camera, ontworpen om de vluchtige effecten vast te leggen van gammastralen die in de atmosfeer van de aarde vallen, zal binnenkort op weg zijn van de Universiteit van Wisconsin-Madison naar Mount Hopkins in Arizona.

Daar, de prototypecamera zal worden geïntegreerd in een nieuwe telescoop die nieuwe technologieën zal demonstreren voor de Cherenkov Telescope Array (CTA), een brede internationale inspanning om 's werelds meest geavanceerde en uitgebreide gammastralingsdetector op de grond te bouwen.

"Deze telescoop duwt de technologie naar een heel ander regime, " legt Vladimir Vassiliev uit, een professor in natuurkunde en astronomie aan de Universiteit van Californië in Los Angeles en de hoofdwetenschapper voor de telescoop in aanbouw op Mount Hopkins in het zuiden van Arizona. de telescoop, hij merkt op, zal een ongeëvenaarde spiegeloptiek hebben en de camera is ontworpen om de vluchtige pulsen van blauw Cherenkov-licht vast te leggen die ontstaan ​​wanneer gammastralen botsen op luchtmoleculen in de atmosfeer van de aarde, het creëren van een regen van diagnostische secundaire deeltjes.

"We zullen een film kunnen maken met een miljard frames per seconde van de deeltjesregen die zich in de atmosfeer ontwikkelt, " zegt Justin Vandenbroucke, de natuurkundeprofessor UW-Madison die mede-leider was bij de ontwikkeling van de prototypecamera onder auspiciën van het Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center (WIPAC) met steun van de National Science Foundation (NSF).

Een nieuwe gammastraaltelescoop in aanbouw op Mount Hopkins, Arizona. De telescoop maakt deel uit van een groot project dat bekend staat als de Cherenkov Telescope Array, die zal worden samengesteld uit honderden soortgelijke telescopen die op de Canarische Eilanden en Chili zullen worden geplaatst. De telescoop op Mount Hopkins zal worden uitgerust met een prototype hogesnelheidscamera, geassembleerd aan de Universiteit van Wisconsin-Madison, en in staat om foto's te maken met een miljard frames per seconde. Krediet:Vladimir Vassiliev

Amerikaanse deelname aan CTA wordt ondersteund door NSF, maar het overkoepelende project is een enorme internationale onderneming en, wanneer voltooid, zal bestaan ​​uit meer dan 100 telescopen op de Canarische Eilanden en Chili. Het wordt het grootste observatorium voor gammastraling op de grond ter wereld. meer dan 1, Bij de onderneming zijn 400 wetenschappers uit 32 landen betrokken. De camera en telescoop worden voornamelijk gefinancierd door NSF, met bijdragen van deelnemende universiteiten.

Met zijn innovatieve optica en camera, de nieuwe telescoop zal worden gebruikt in combinatie met een bestaande reeks van vier enkelspiegeltelescopen die het VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System) omvatten, gelegen aan het Fred Lawrence Whipple Observatory op Mount Hopkins.

Cameratechnologie is cruciaal, zegt Vandenbroucke, die heeft gewerkt aan het ontwerp en de constructie van de 800-pond, prototype-instrument ter grootte van een golfkar sinds 2009, toen hij een postdoctoraal onderzoeker was aan de Stanford University.

Sensoren en elektronische modules die het hart vormen van een prototypecamera die door UW-Madison-fysici worden geïntegreerd ter ondersteuning van de Cherenkov Telescope Array. Het project wordt mogelijk gemaakt door het Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center. Krediet:Savannah Guthrie

De camera is eindelijk samengekomen in een kelderlaboratorium in de Chamberlin Hall van UW-Madison, waar de groep van Vandenbroucke druk bezig is met het integreren en testen ervan. Cameracomponenten worden op 7 mei verzonden naar Arizona, waar de camera weer in elkaar wordt gezet, getest en geïntegreerd in de nieuwe telescoop, die nu wordt uitgerust met zijn spiegels.

De uitdaging voor de camera, volgens Vandenbroucke, is dat de flitsen van fotonen of lichtdeeltjes die van belang zijn ongelooflijk snel zijn. De Cherenkov-puls in een luchtdouche kan slechts zes nanoseconden duren, toch maakt elke puls detectie mogelijk van een gammastraling die een biljoen keer energieker is dan met het menselijk oog kan worden waargenomen. De pulsen komen willekeurig voor, het maken van telescopen en camera's met brede gezichtsvelden essentieel, zegt Vassiljev.

De combinatie van dual-mirror-technologie en de nieuwe camera is bedoeld om de Cherenkov-luchtdouches met een ongekende resolutie vast te leggen. "Dit wordt de eerste demonstratie van dit soort optica voor dit soort telescoop, " zegt Vassiliev. "Het resultaat zal een uitstekende beeldvorming zijn van Cherenkov-luchtdouches."

De gammastralen die van belang zijn voor het CTA-team omvatten een breed scala aan energieën. De telescoop die door het team van Vassiliev wordt gebouwd, is ontworpen om gammastraling in het centrale energiebereik te detecteren. Objecten aangedreven door zwarte gaten, zegt Vandenbroucke, behoren tot de meest waarschijnlijke bronnen van gammastraling die door de nieuwe CTA-telescoop zullen worden geanalyseerd.

Een nieuwe grens openen in de detectie en meting van gammastralen, zegt Vandenbroucke, zal helpen bij het beantwoorden van een reeks van enkele van de meest fundamentele vragen over de aard van materie en energie in het universum. "Gammastralen zijn de spil van multi-messenger astronomie, " zegt de wetenschapper uit Wisconsin. "Ze zijn essentieel geweest voor het identificeren van het eerste zwaartekrachtgolfsignaal van samensmeltende neutronensterren en kunnen een vergelijkbare rol spelen bij het zoeken naar de bronnen van hoogenergetische neutrino's."