Påvisning af krabbetågen viser levedygtigheden af ​​innovativt gamma-stråleteleskop

Forskere i Cherenkov Telescope Array (CTA) konsortiet har opdaget gammastråler fra Krabbetågen ved hjælp af en prototype Schwarzschild-Couder Telescope (pSCT), beviser levedygtigheden af ​​det nye teleskopdesign til brug i gammastråleastrofysik. Resultaterne blev annonceret 1. juni på det 236. møde i American Astronomical Society (AAS).

"I halvtreds år, det optiske design af gamma-stråleteleskoper har været stort set uændret. Med denne detektering, vi har verificeret en ny, mere sofistikeret optisk design, der ikke kun giver enormt bedre optisk ydeevne, men gør det muligt for kameraet at drage fuld fordel af moderne udvikling inden for lyssensorer og højhastighedselektronik, " sagde David Williams, en forsker i Santa Cruz Institute for Particle Physics (SCIPP) og adjungeret professor i fysik ved UC Santa Cruz.

Williams er en co-principal investigator på bevillingen fra National Science Foundation, der støttede konstruktionen af ​​teleskopet. Hans gruppe på UCSC, herunder flere bachelorstuderende, testede lyssensorer for at vælge den bedste model til brug i teleskopkameraet og for at kalibrere ydeevnen af ​​de sensorer, der er købt til kameraet.

Krabbetågen er den lyseste konstante kilde til meget højenergiske gammastråler på himlen, så at opdage det er en fremragende måde at bevise pSCT-teknologien på. "Meget højenergi gammastråler er de højeste energifotoner i universet og kan afsløre fysikken i ekstreme objekter, herunder sorte huller og muligvis mørkt stof, " sagde Justin Vandenbroucke fra University of Wisconsin.

At opdage Krabbetågen med pSCT er mere end blot bevis-positivt for selve teleskopet. Det danner grundlaget for fremtiden for gammastråleastrofysik. "Vi har etableret denne nye teknologi, som vil måle gammastråler med ekstraordinær præcision, muliggør fremtidige opdagelser, " sagde Vandenbroucke. "Gamma-ray astronomi er allerede kernen i den nye multi-messenger astrofysik, og SCT-teknologien vil gøre det til en endnu vigtigere spiller."

Brugen af ​​sekundære spejle i gammastråleteleskoper er et spring fremad inden for innovation for det relativt unge felt af meget højenergi gammastråleastronomi, som har bevæget sig hurtigt til astrofysikkens forkant. "For godt tre årtier siden, TeV gammastråler blev først opdaget i universet, fra Krabbetågen, på det samme bjerg, hvor pSCT sidder i dag, " sagde Vandenbroucke. "Det var et rigtigt gennembrud, at åbne et kosmisk vindue med lys, der er en billion gange mere energisk, end vi kan se med vores øjne. I dag, vi bruger to spejlflader i stedet for én, og state-of-the-art sensorer og elektronik til at studere disse gammastråler med udsøgt opløsning."

Den indledende pSCT Crab Nebula-detektion blev muliggjort ved at udnytte samtidige nøgleobservationer med det samlokaliserede VERITAS-observatorium (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System). "Vi har med succes udviklet den måde, gamma-ray astronomi er blevet udført på i løbet af de sidste 50 år, gør det muligt at udføre undersøgelser på meget kortere tid, " sagde VERITAS direktør Wystan Benbow. "Flere fremtidige programmer vil især gavne, herunder undersøgelser af gammastrålehimlen, undersøgelser af store objekter som supernova-rester, og søger efter multi-messenger modstykker til astrofysiske neutrinoer og gravitationsbølgehændelser."

Beliggende ved Fred Lawrence Whipple Observatory i Amado, Arizona - det største feltsted for Center for Astrofysik | Harvard &Smithsonian – pSCT blev indviet i januar 2019 og så første lys samme uge. Efter et års idriftsættelsesarbejde, videnskabsmænd begyndte at observere Krabbetågen i januar 2020, men projektet har været undervejs i mere end et årti.

"Vi foreslog først ideen om at anvende dette optiske system til TeV gamma-ray astronomi for næsten 15 år siden, og mine kolleger og jeg byggede et team i USA og internationalt for at bevise, at denne teknologi kunne fungere, " sagde pSCTs hovedefterforsker Vladimir Vassiliev. "Det, der engang var en teoretisk grænse for denne teknologi, er nu inden for vores rækkevidde, og fortsatte forbedringer af teknologien og elektronikken vil yderligere øge vores evne til at detektere gammastråler ved opløsninger og hastigheder, vi engang kun har drømt om."

pSCT blev muliggjort af bidrag fra tredive institutioner og fem kritiske industripartnere i hele USA, Italien, Tyskland, Japan, og Mexico, og ved finansiering gennem U.S. National Science Foundation Major Research Instrumentation Program.

"At en prototype af et fremtidigt anlæg kan give et så fristende resultat, lover store ting fra den fulde kapacitet, og eksemplificerer NSF's interesse i at skabe nye muligheder, der kan sætte et projekt i stand til at tiltrække bred opbakning, " sagde NSF-programleder Nigel Sharp.

Nu demonstreret, pSCT's nuværende og kommende innovationer vil lægge grunden til brug i det fremtidige Cherenkov Telescope Array-observatorium, som vil være vært for mere end 100 gamma-stråleteleskoper. "pSCT, og dets innovationer, er stifindende for fremtidens CTA, som vil opdage gammastrålekilder omkring 100 gange hurtigere end VERITAS, som er den nuværende state of the art, " sagde Benbow. "Vi har demonstreret, at denne nye teknologi til gamma-ray astronomi utvetydigt virker. Løftet er der for dette banebrydende nye observatorium, og det åbner en enorm mængde opdagelsespotentiale."