CTA - obserwatorium astronomii gamma najwyższych energii

Transkrypt

1 Współpraca nauki z przemysłem - projekt "Cherenkov Telescope Array" CTA - obserwatorium astronomii gamma najwyższych energii Michał Ostrowski Koordynator Polskiego Konsorcjum Projektu "Cherenkov Telescope Array" Dziękuję Wernerowi Hofmannowi za użyczenie części slajdów do tej prezentacji

2 1 TeV (teraelektronowolt) = ev Promienie gamma o energiach około MILIONA razy większych od promieni gamma z wybuchów bomb termojądrowych

3 Obrazowanie kosmosu Mauna Kea Obserwatorium radiowe VLA X Teleskop Hubble'a SALT SALT Obserwatorium rentgenowskie Chandra

4 Radio Podczerwień Światło widzialne X Promienie gamma (ev)

5 Radio Podczerwień Światło widzialne X Promienie gamma 10-6 ev

6 Radio Podczerwień Światło widzialne X Promienie gamma 10-2 ev

7 Radio Podczerwień Światło widzialne X Promienie gamma 10 3 ev

8 Radio Podczerwień Światło widzialne X Promienie gamma 10 9 ev

9 e gamma Promieniowanie gamma najwyższych energii ev (= 1 TeV) Obserwatorium H.E.S.S. w Namibii

10 Badanie kosmicznych akceleratorów cząstek Źródło promieniowania kosmicznego Poszukiwanie źródeł tylko cząstki neutralne Astronomia gamma p + jądro π +X π o γγ

11 Foton promieniowania gamma Pęk cząstek e +,e - ~ 10 km Detekcja promieni gamma w zakresie TeV używając "teleskopów Czerenkowa" ~ 1 o Podstawowa cecha: olbrzymia powierzchnia detektora ~ 0.1 km 2 ~ 120 m

12 Natężenie świecenia energia Kształt obrazu Rozróżnienie cząstek Orientacja obrazu kierunek

13 Analiza w trakcie obserwacji HESS wykrywa źródło promieniowania gamma Czas obserwacji Ten obraz pokazuje odchyłki od średniej (animacja od M. Fuessling'a)

14

15 Kamera: 960 pikseli, 0.16 o 5 o pole widzenia (1.4 m)

16 Jim Hinton ICRC 2007

17 Jim Hinton ICRC 2007

18 Cele badawcze CTA Pozostałości Pulsary i po SN ich mgławice Układy * Aktywne Błyski prom. jądra galaktyk gamma Promienie kosmiczne Ciemna materia Teoria kwantowej grawitacji Kosmologia

19 Przykłady z eksperymentu H.E.S.S. alias Vela Junior Pozostałość po wybuchu gwiazdy supernowej w promieniach gamma

20 Vela Junior Vela (Rosat) Vela Junior d 200 pc wiek 700 y

21 PWN Źródła γ odkryte przez H.E.S.S.'a są rozciągłe przesunięte względem pulsara

22 Struktura mgławicy pulsarowej: HESS J > 2.5 TeV TeV < 1 TeV

23 a teraz układy podwójne: Pozostałości po SN Mgławice napędzane wiatrem z pulsara Układy podwójne gwiazd Ciemne źródła Centrum Galaktyki

24 Źródła promieni gamma & ich fizyka Mikrokwazar Okres mierzony w promieniowaniu gamma: 3.908±0.002 days LS (?) M obiekt na ekscentrycznej dniowej orbicie wokół gwiazdy o masie M najbliżej: ~10 mln km lub ~2 promienie gwiazdy

25 Zmiany widma promieniowania gamma pochłanianie fotonów gamma przez oddziaływanie z promieniowaniem gwiazdy γ+γ e + e -

26 Ciemne źródła: Obiekty bez widocznych odpowiedników w X, radio,

27 Rainer Schödel Rozbłysk w IR

28 Centrum Naszej Galaktyki H.E.S.S. Płaszczyzna Galaktyki źródło promieniowania gamma Sgr A East SNR (radio) Sgr A*

29 Centrum Galaktyki H.E.S.S. Płaszczyzna Galaktyki

30 Centrum Galaktyki H.E.S.S. Obłoki molekularne Płaszczyzna Galaktyki Po odjęciu źródeł punktowych p γ

31 Badania pozagalaktyczne Fizyka dżetów z aktywnych jąder galaktyk Rozkład kosmologicznego promieniowania tła (EBL) w zakresie IR-UV EBL x x x γ VHE γ EBL e + e -

32 Extragalactic Background Light górne granice X X pomiary ograniczenie na EBL Wszechświat bardziej przeźroczysty dolne ograniczenie ze zliczeń galaktyk kształt modelowy EBL ograniczenie HESS'a

33 Galaktyki z masywną czarną dziurą: szybka zmienność w zakresie TeV 2 minutowa zmienność

34 Polska inwestycja >0.5 mln Euro H.E.S.S. Faza II H.E.S.S. II Badania dzisiaj: HESS, MAGIC, VERITAS Kolejny krok CTA

35 CTA: Cherenkov Telescope Array - wielki projekt światowy Polska jednym z głównych partnerów VERITAS MAGIC 25 państw >150 instytutów badawczych > 850 osób H.E.S.S. Z Polski: UJ IFJ PAN AGH Cyfronet CAMK PAN CBK PAN UW UŁ UMK Kraków Warszawa Łódź Toruń

36 Podstawowa sieć teleskopów o średnicach ~10 m czułość Kraba w zakresie 100 GeV 10 TeV 6 o 8 o field of view Not to scale!

37 Wielkie teleskopy do "niskich" energii próg energetyczny około GeV mniejsze pole widzenia Not to scale!

38 Sieć teleskopów do wysokich energii do 300 TeV 10 km 2 powierzchni duże pole widzenia Not to scale!

39 Gdzie powstanie CTA? Obserwatorium globalne, z dwoma miejscami do obserwacji Dobry widok na odległy Wszechświat widać w szczegółach centrum Naszej Galaktyki

40 Realizacja fazy przygotowawczej CTA w Polsce (finansowanie z grantów krajowych i FP7, w sumie >3 mln Euro) Prace techniczne obejmują: prace nad mechaniczną konstrukcją teleskopów (IFJ PAN) opracowanie nowatorskiej technologii zwierciadeł kompozytowych (CBK PAN oraz IFJ PAN) opracowanie cyfrowej elektroniki do teleskopów (UJ, AGH) oprogramowanie, zbieranie danych pomiarowych i modelowanie Monte Carlo (CAMK PAN, UŁ, CYFRONET) budowę niewielkich automatycznych teleskopów do monitorowania pogody (UW) udostępnianie infrastruktury komputerowej (CAMK PAN, CYFRONET) Prace nad wymaganiami naukowymi dla CTA : CAMK PAN, IFJ PAN, UW, UJ, UŁ, UMK

41 Kosztorys budowy CTA szacuje się na 200 milionów Euro Projekt ten jest na głównych "mapach drogowych" wielkich infrastruktur badawczych na świecie: ESFRI, ASPERA, ASTRONET, także na Polskiej Mapie Drogowej Początek budowy CTA w roku 2014 Polska jest jednym z głównych partnerów CTA, z ambicjami - na znaczący ~10% udział w budowie, - realizację w kraju zaawansowanych technologicznie elementów projektu Potrzeba kontaktów i współpracy z firmami

42 Mgławica Krab : : - szerokopasmowe widmo obejmuje 20 dekad - fotony γ detekcja w 9 dekadach! Animacja w X-ach z Chandry 100 kev 100 TeV SYN EGRET CELESTE IC: syn, opt, IR, micro, CMB E e ~10 15 ev B=160 µg

43 Potencjał badawczy astronomii VHE X γ (<GeV) VHE

44 Pęki cząstek wyglądają dosyć podobnie do rojów meteorytów Obserwacja wielu z nich pozwala wyznaczyć dokładnie kierunek z którego przychodzą M (ze Sky & Telescope)