science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Prototype-telescoop demonstreert levensvatbaarheid van nieuw Schwarzschild-Couder-ontwerp

Het ASTRI-prototype, de eerste Schwarzschild-Couder-telescoop die is gebouwd en getest, werd ingehuldigd in september 2014 en werd getest in het observatiestation Serra La Nave op de Etna op Sicilië. De ASTRI is een van de drie voorgestelde Small-Size Telescope-ontwerpen voor CTA. Krediet:Cherenkov Telsecope Observatorium

In oktober 2016, het prototype van de ASTRI-telescoop, (Afbeelding 1) een roman, Dual-mirr Schwarzschild-Couder telescoop ontwerp voorgesteld voor de Cherenkov Telescope Array (CTA), slaagde voor de grootste test tot nu toe door een constante puntspreidingsfunctie van enkele boogminuten aan te tonen over een groot gezichtsveld van 10 graden.

Er zijn drie klassen telescooptypes vereist om het volledige CTA-bereik van zeer hoge energie (20 GeV tot 300 TeV) te dekken:middelgrote telescopen zullen het kernenergiebereik van CTA dekken (100 GeV tot 10 TeV), terwijl de grote telescopen en kleine -size telescopen (SST's) zullen het energiebereik uitbreiden tot onder 100 GeV en boven een paar TeV, respectievelijk.

De ASTRI-telescoop is een van de drie voorgestelde SST-ontwerpen die worden geprototypeerd en getest voor de array op het zuidelijk halfrond van CTA. De ASTRI-telescoop maakt gebruik van een innovatieve Schwarzschild-Couder-configuratie met dubbele spiegel met een primaire spiegel met een diameter van 4,3 m en een monolithische secundaire spiegel van 1,8 m. 1905, de Duitse natuurkundige en astronoom Karl Schwarzschild stelde een ontwerp voor voor een telescoop met twee spiegels die bedoeld was om een ​​groot deel van de optische aberratie in het gezichtsveld te elimineren. Dit idee, uitgewerkt in 1926 door André Couder, lag bijna een eeuw stil omdat het te moeilijk en te duur werd geacht om te bouwen. In 2007, een studie door Vladimir Vassiliev en collega's van de University of California Los Angeles (UCLA) toonde het nut van het ontwerp voor atmosferische Cherenkov-telescopen aan.

Het ASTRI-prototype, de eerste Schwarzschild-Couder-telescoop die is gebouwd en getest, werd in september 2014 ingehuldigd en wordt sindsdien getest in het observatiestation Serra La Nave op de Etna op Sicilië. De technische uitdagingen van het ontwerp werden overwonnen door recente ontwikkelingen, met name in de technologie met dubbele spiegel, waardoor het een haalbare implementatie is voor de waarneming van Cherenkov-licht.

Afbeelding 2 toont Polaris zoals waargenomen door ASTRI met verschillende offsets vanaf de optische as van de telescoop. De opgenomen beelden hebben ongeveer dezelfde hoekgrootte, elk vanuit een andere waarnemingsrichting in het gezichtsveld (van 0 tot 4,5 graden vanaf elke kant ten opzichte van de centrale optische as). Deze afbeeldingen laten zien dat de optische puntspreidingsfunctie van de telescoop ongeveer constant is over het volledige gezichtsveld. Met deze informatie kunnen wetenschappers de richting reconstrueren van gammastraalfotonen die worden uitgezonden door hemelbronnen.

"Dit is ook de eerste keer dat een Cherenkov-telescoop met twee focusspiegels volledig is gekarakteriseerd vanuit opto-mechanisch oogpunt, " zei Giovanni Pareschi, astronoom bij het INAF-Brera Astronomical Observatory en hoofdonderzoeker van het ASTRI-project. "Dit is een belangrijk resultaat, omdat het ons in staat stelt om onmiddellijk naar de volgende stap te gaan:tegen december 2016 een Cherenkov-camera monteren en het eerste gammastralingslicht met ASTRI waarnemen."

Polaris, de Poolster, zoals waargenomen door ASTRI met verschillende offsets van de optische as van de telescoop. De opgenomen beelden hebben ongeveer dezelfde hoekgrootte, elk vanuit een andere waarnemingsrichting in het gezichtsveld (van 0 tot 4,5 graden vanaf elke kant ten opzichte van de centrale optische as). Deze afbeeldingen laten zien dat de optische puntspreidingsfunctie van de telescoop ongeveer constant is over het volledige gezichtsveld. Met deze informatie kunnen wetenschappers de richting reconstrueren van gammastraalfotonen die worden uitgezonden door hemelbronnen. Krediet:Cherenkov Telsecope Observatorium

Het ASTRI-project wordt geleid door het Italiaanse Nationale Instituut voor Astrofysica (INAF) in samenwerking met een aantal Italiaanse universiteiten, het Italiaanse Nationale Instituut voor Kernfysica (INFN), Universidade de São Paulo in Brazilië en North-West University in Zuid-Afrika.

De SST's zullen alle andere telescopen overtreffen, met 70 verspreid over enkele vierkante kilometers op het zuidelijk halfrond. Aangezien zeer energierijke gammastraalbuien (tussen enkele TeV en 300 TeV) een grote hoeveelheid Cherenkov-licht produceren, het is voldoende om telescopen met kleine spiegels te bouwen om dat licht op te vangen. De brede dekking van de SST's en het grote aantal, verspreid over een groot gebied, zal de kansen van CTA om gammastraling met de hoogste energie te detecteren, verbeteren. Het Schwarzschild-Couder-ontwerp wordt gebruikt in twee extra CTA-prototypes (de SST-2M GCT en de SCT), maar de ASTRI is de eerste die overtuigend de levensvatbaarheid van het systeem aantoont.