Wetenschappers van het consortium Cherenkov Telescope Array (CTA) hebben gammastralen van de Krabnevel gedetecteerd met behulp van een prototype Schwarzschild-Couder Telescope (pSCT), bewijst de levensvatbaarheid van het nieuwe telescoopontwerp voor gebruik in gammastralingsastrofysica. De resultaten werden op 1 juni bekendgemaakt tijdens de 236e bijeenkomst van de American Astronomical Society (AAS).

"Vijftig jaar lang het optische ontwerp van gammastraaltelescopen is in wezen ongewijzigd gebleven. Met deze detectie we hebben een nieuwe geverifieerd, meer verfijnd optisch ontwerp dat niet alleen enorm betere optische prestaties geeft, maar stelt de camera in staat om ten volle te profiteren van moderne ontwikkelingen op het gebied van lichtsensoren en hogesnelheidselektronica, " zei David Williams, een onderzoeker in het Santa Cruz Institute for Particle Physics (SCIPP) en adjunct-professor natuurkunde aan de UC Santa Cruz.

Williams is een co-hoofdonderzoeker van de subsidie ​​van de National Science Foundation die de bouw van de telescoop ondersteunde. Zijn groep bij UCSC, waaronder een aantal studenten, geteste lichtsensoren om het beste model te selecteren voor gebruik in de telescoopcamera en om de prestaties van de voor de camera gekochte sensoren te kalibreren.

De Krabnevel is de helderste stabiele bron van zeer energierijke gammastraling aan de hemel, dus het detecteren ervan is een uitstekende manier om de pSCT-technologie te bewijzen. "Zeer-hoge-energetische gammastralen zijn de fotonen met de hoogste energie in het universum en kunnen de fysica van extreme objecten onthullen, waaronder zwarte gaten en mogelijk donkere materie, ", zei Justin Vandenbroucke van de Universiteit van Wisconsin.

Het detecteren van de Krabnevel met de pSCT is meer dan alleen een bewijs voor de telescoop zelf. Het legt de basis voor de toekomst van gammastraling-astrofysica. "We hebben deze nieuwe technologie ontwikkeld, die gammastraling met buitengewone precisie zal meten, toekomstige ontdekkingen mogelijk maken, "zei Vandenbroucke. "Gammastraling-astronomie vormt al de kern van de nieuwe multi-messenger-astrofysica, en de SCT-technologie zal het een nog belangrijkere speler maken."

Het gebruik van secundaire spiegels in gammastralingstelescopen is een sprong voorwaarts in innovatie voor het relatief jonge veld van de zeer energierijke gammastralingastronomie, die snel op de voorgrond van de astrofysica is gekomen. "Iets meer dan drie decennia geleden, TeV-gammastralen werden voor het eerst gedetecteerd in het heelal, van de Krabnevel, op dezelfde berg waar de pSCT vandaag zit, " zei Vandenbroucke. "Dat was een echte doorbraak, het openen van een kosmisch venster met licht dat een biljoen keer energieker is dan we met onze ogen kunnen zien. Vandaag, we gebruiken twee spiegeloppervlakken in plaats van één, en ultramoderne sensoren en elektronica om deze gammastralen met een voortreffelijke resolutie te bestuderen."

De eerste pSCT-detectie van de Krabnevel werd mogelijk gemaakt door gebruik te maken van belangrijke gelijktijdige waarnemingen met het gelijktijdig geplaatste VERITAS-observatorium (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System). "We hebben met succes de manier ontwikkeld waarop gammastraling de afgelopen 50 jaar is gedaan, waardoor onderzoeken in veel minder tijd kunnen worden uitgevoerd, "Zei VERITAS-directeur Wystan Benbow. "Verschillende toekomstige programma's zullen vooral profiteren, inclusief onderzoeken van de gammastraling, studies van grote objecten zoals supernovaresten, en zoekt naar multi-messenger tegenhangers van astrofysische neutrino's en zwaartekrachtgolfgebeurtenissen."

Gelegen aan het Fred Lawrence Whipple Observatorium in Amado, Arizona - de grootste veldsite van het Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian - de pSCT werd in januari 2019 ingehuldigd en zag dezelfde week het eerste licht. Na een jaar van inbedrijfstelling, wetenschappers begonnen de Krabnevel te observeren in januari 2020, maar het project is al meer dan een decennium aan de gang.

"We hebben bijna 15 jaar geleden voor het eerst het idee voorgesteld om dit optische systeem toe te passen op TeV-gammastraalastronomie, en mijn collega's en ik bouwden een team in de VS en internationaal om te bewijzen dat deze technologie zou kunnen werken, ", zei pSCT-hoofdonderzoeker Vladimir Vassiliev. "Wat ooit een theoretische limiet was voor deze technologie, ligt nu binnen ons bereik, en voortdurende verbeteringen aan de technologie en de elektronica zullen ons vermogen om gammastralen te detecteren verder vergroten met resoluties en snelheden waar we ooit van hadden gedroomd."

De pSCT is mogelijk gemaakt door de bijdragen van dertig instellingen en vijf kritische industriepartners in de Verenigde Staten, Italië, Duitsland, Japan, en Mexico, en door financiering via het Amerikaanse National Science Foundation Major Research Instrumentation Program.

"Dat een prototype van een toekomstige faciliteit zo'n prikkelend resultaat kan opleveren, belooft geweldige dingen uit de volledige capaciteit, en illustreert de interesse van NSF in het creëren van nieuwe mogelijkheden waardoor een project brede steun kan aantrekken, ", zegt NSF-programmamanager Nigel Sharp.

Nu gedemonstreerd, de huidige en toekomstige innovaties van de pSCT zullen de basis leggen voor gebruik in het toekomstige Cherenkov Telescope Array-observatorium, die meer dan 100 gammastralingstelescopen zal huisvesten. "De pSCT, en zijn innovaties, zijn baanbrekend voor de toekomstige CTA, die gammastralingsbronnen ongeveer 100 keer sneller zal detecteren dan VERITAS, wat de huidige stand van de techniek is, " zei Benbow. "We hebben aangetoond dat deze nieuwe technologie voor gammastralingsastronomie ondubbelzinnig werkt. De belofte is er voor dit baanbrekende nieuwe observatorium, en het opent een enorme hoeveelheid ontdekkingspotentieel."