science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Door een ballon gedragen telescoop zoekt naar kosmische gammastraling

Figuur 1:Conceptueel diagram van de emulsie-gammastraaltelescoop. Het bestaat uit een converter gemaakt van een laagje emulsiefilm, tijdstempelmechanisme meertraps shifter, en oriëntatiebewaking sterrencamera. De omzetter pikt de reactie van het maken van een elektronenpaar op, voegt tijdinformatie toe met het tijdstempelmechanisme, en door dit te combineren met de oriëntatiebewakingsgegevens kunnen we de richting van gammastralen vanuit de ruimte bepalen. Krediet:Universiteit van Kobe

Kosmische gammastraling kan ons belangrijke inzichten verschaffen in hoogenergetische verschijnselen in ons universum. De GRAINE-samenwerking (Gamma-Ray Astro-Imager with Nuclear Emulsion) heeft tot doel om hoogenergetische kosmische gammastralen met een hoge resolutie vast te leggen met behulp van een ballon-gedragen nucleaire emulsietelescoop. In april 2018 voltooide het team met succes opnieuw een ballonvluchttest.

Nucleaire emulsiefilm kan sporen van hoogenergetische geladen deeltjes opnemen met het hoogste nauwkeurigheidsniveau ter wereld. De door het GRAINE-project ontwikkelde gammatelescoop is in staat om automatisch een groot oppervlak van deze film te analyseren en tijdstempels toe te voegen, het creëren van een telescoop met 's werelds beste mogelijkheden voor hoekresolutie, polarisatie gevoeligheid, en 's werelds grootste diafragma. Voortbouwend op onderzoeksontwikkelingen en ballonexperimenten in 2011 en 2015, het team heeft het vermogen van de emulsietelescoop om hoogenergetische kosmische gammastraling waar te nemen door middel van ballonvluchten verfijnd.

Het team wordt geleid door professor Shigeki Aoki en projectassistent-professor Satoru Takahashi (leden van de Kobe University Graduate School of Human Development and Environment) in samenwerking met onderzoeker Hiroki Rokujo (Nagoya University Graduate School of Science). De prestatie van de testvlucht werd gepresenteerd op de 42e COSPAR (Committee on Space Research) Scientific Assembly 2018 (14-22 juli) op ​​17 juli.

Het ballonexperiment in Australië in april 2018 was bedoeld om Vela Pulsar te observeren, een bekende heldere bron van gammastraling. De laatste voorbereidingen voor het ballonexperiment werden in maart afgerond op de lanceerplaats in Alice Springs, en toen kwam het wachten op wind op grote hoogte om te voldoen aan de voorwaarden om te vliegen.

Figuur 2:Laatste voorbereidingen voor de ballontest. We installeerden een meertraps shifter in de drukvatring (dwarsrichting 1,5 m) en monteerden daarboven de emulsiefilmpakketten. Elke verpakkingseenheid voor emulsiefilms meet 37,8 cm x 25 cm, met een stapel van 113 filmlagen. Eenheden werden opgesteld in groepen van vier om een ​​oppervlakte van 3780 cm2 te creëren. Aan de buitenrand van de drukvatring zie je de (zwarte) lenzen van sterrencamera's in drie richtingen gericht. Krediet:Universiteit van Kobe

Tweemaal werden de voorspellingen voor geschikte wind op grote hoogte gedaan en ze maakten zich klaar voor de lancering, maar de grondwinden waren niet voldoende voor de lancering en de lancering werd uitgesteld. Op 26 april voldeden de voorspelde winden op grote hoogte en grondniveau aan de lancerings- en vluchtvoorwaarden, en om 6.33 uur lokale tijd slaagden ze erin de lancering te voltooien. De ballon steeg gestaag, na twee uur een hoogte van 38 km bereiken, voordat het door de wind naar het oosten wordt geblazen en een horizontale drift begint (figuur 6). Na een lange tijd die het observatievenster voor Vela Pulsar (15-22 uur) bedekte, om 22:19 stopte het team de emulsietelescoop. Na zorgvuldig zijn landingsplaats te hebben voorspeld, om 23:17 maakten ze de ballon los en gebruikten een parachute om de telescoop om 23:54 te landen, ongeveer 900 km ten oosten van Alice Springs op een lengte van 250 km ten ZW.

De totale vliegtijd was 17 uur 21 minuten, inclusief 15 uur horizontaal reizen op een hoogte van 36-38km. Naast het bereiken van de langste ballonvluchttijd voor ballonexperimenten met emulsietelescoop, de emulsietelescoop was gedurende de hele vlucht stabiel. De volgende dag vond het team de emulsietelescoop (inclusief de emulsiefilm en dataschijf) in Longreach, en postte de emulsiefilm met gekoeld transport op de Universiteit van Sydney. Aan de Universiteit van Sydney hebben ze de emulsiefilm gekoeld bewaard, voor een deel van de vlucht testontwikkelingen van de emulsiefilm uitgevoerd, en gebruikte microscoopobservatie om te bevestigen dat er geen problemen waren met de beelden die tijdens de vlucht werden vastgelegd.

In mei, ze voltooiden met succes de verwerking van de emulsiefilm voor in totaal 489 vellen film met een gecombineerde oppervlakte van 43,8 vierkante meter. Dit markeerde de laatste fase van het 2018 emulsietelescoopballonexperiment in Australië.

De samenwerkingsleden geven commentaar, "Ons team analyseert momenteel de vluchtgegevens met als doel Vela Pulsar te detecteren en de algemene prestaties van de telescoop te controleren. Daarna we zullen lange vluchten herhalen voor de emulsietelescoop met groot diafragma met als doel wetenschappelijke waarnemingen te beginnen."

  • Figuur 3:Laatste voorbereidingen voor de ballontest. De schaal van het drukvat is gesloten. Je ziet de stercamera strooilicht preventiekappen (zilver) in 3 richtingen wijzen. Krediet:Universiteit van Kobe

  • Figuur 4:Vlak voor de lancering van de ballon. Krediet:JAXA Yuya Kakehashi

  • Figuur 5:Ballonlancering. 26 april om 6:33 lokale tijd. De bovenkant van de ballon tot aan de onderkant (direct boven het licht) meet 130m. Wanneer de ballon volledig is opgeblazen, heeft deze een volume van 300, 000 kubieke meter. Een parachute en de emulsietelescoop (lager licht) hangen onder de ballon, met touwen vastgemaakt. Krediet:Universiteit van Kobe

  • Figuur 6:De vliegroute van de ballon. De ster aan de linkerkant markeert het begin, en de ster aan de rechterkant markeert het eindpunt van een reis van ongeveer 900 km. Krediet:Universiteit van Kobe

  • Figuur 7:Emulsiefilm van de vlucht na verwerking. Krediet:Universiteit van Kobe

  • Figuur 8:Microscoopbeeld van de emulsiefilm na verwerking. De breedte van deze afbeelding is ongeveer 0,1 mm. Je kunt sporen van kenmerkende zware deeltjes (rechte donkere sporen) op de film zien. Krediet:Universiteit van Kobe