CTA prototype LST-1 detekterer meget højenergiemission fra Krabbetågens pulsar

Mellem januar og februar 2020, prototypen Large-Sized Telescope (LST), LST-1, observerede Crab Pulsar, neutronstjernen i centrum af Krabbetågen. Teleskopet, som er ved at blive taget i brug på CTA-North-stedet på øen La Palma på De Kanariske Øer, udførte ingeniørkørsler for at verificere teleskopets ydeevne og justere driftsparametre.

Pulsarer er meget hurtigt roterende og stærkt magnetiserede neutronstjerner, der udsender lys i form af to stråler, som kun kan observeres fra Jorden, når vi passerer vores sigtelinje. Mens detektering af den stærke og konstante emission eller udbrud af gammastrålekilder med Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes (IACTs) er blevet rutine, pulsarer er meget mere udfordrende at opdage på grund af deres svage signaler og den typiske dominans af forgrundens gammastrålesignal fra de omgivende tåger. På trods af hundredvis af observationstimer fra IACT'er over hele kloden, kun fire pulsarer, der udsender signaler i det meget højenergiske gammastråleregime, er blevet opdaget, indtil nu. Nu hvor LST-1 har vist, at den kan detektere krabbepulsaren, det slutter sig til feltet af teleskoper, der er i stand til at detektere gammastrålepulsarer, validering af tidsstemplingssystemet og teleskopets lavenergiydelse.

"Denne milepæl viser os, at LST-1 allerede præsterer på et ekstraordinært niveau, opdage en udfordrende kilde på rekordtid, " siger Masahiro Teshima, Direktør for Max-Planck-instituttet for fysik i München og hovedforsker ved LST. "Pulsarer er et af de vigtigste videnskabelige mål for LST'erne, og det er spændende at forestille sig, hvad vi vil være i stand til at opnå, når teleskopet er fuldt idriftsat og operationelt."

Det indsamlede datasæt omfatter 11,4 timer fra otte observationsnætter. Figur 2 viser det resulterende fasogram, plotning af gammastrålehændelser som funktion af pulsarrotationsfasen. I faseområderne markeret som P1 og P2, flere gammastråler forventes, efterhånden som Krabbepulsaren udsender mod Jorden. Emissionen detekteret i alle faser (markeret grønt i figur 2) er en blanding af forskellige baggrundsbidrag, inklusive den irreducerbare konstante emission fra Krabbetågen. Signalet detekteret med LST-1 (markeret rødt i figur 2) er unægtelig signifikant for fase P2, mens signalet under P1 stadig er marginalt. Animationen i figur 3 fremhæver kildens pulsadfærd under de forskellige faser.

Om LST

Large-Sized Telescope (LST) er en af ​​tre typer teleskoper, der skal bygges til at dække CTA's fulde energiområde (20 GeV til 300 TeV). LST'er arrangeret i midten af ​​både den nordlige og sydlige halvkugle-array vil dække lavenergifølsomheden mellem 20 og 150 GeV. Hver LST er et gigantisk teleskop på 23 meter i diameter med et spejlareal på omkring 400 kvadratmeter og et fint pixeliseret kamera lavet af 1855 lyssensorer, der er i stand til at detektere individuelle fotoner med høj effektivitet. Selvom LST er 45 meter høj og vejer omkring 100 tons, den er ekstremt smidig, med evnen til at genplacere inden for 20 sekunder for at fange kort, lavenergi gammastrålesignaler. Både den hurtige ompositioneringshastighed og den lave energitærskel, som LST'erne giver, er afgørende for CTA's undersøgelser af forbigående gammastrålekilder i vores egen galakse og for undersøgelsen af ​​aktive galaktiske kerner og gammastråleudbrud ved høj rødforskydning.

LST samarbejdet, består af mere end 200 videnskabsmænd fra 11 lande:Brasilien, Bulgarien, Kroatien, Frankrig, Tyskland, Indien, Italien, Japan, Polen, Spanien og Schweiz. LST-1, det første teleskop bygget på et CTA-sted, blev indviet i oktober 2018 og har været under idriftsættelsestest lige siden. Kort efter indvielsen, prototypen opdagede sit 'første lys' om aftenen den 14.-15. december 2018, og den opdagede sit første gammastrålesignal fra Krabbetågen i november 2019 ved sit første forsøg.

LST-1 har for nylig bestået Critical Design Review (CDR) af CTA Observatory (CTAO), det første CTA-element, der bestod en sådan anmeldelse. Teleskopet forventes at blive det første CTAO-teleskop, når CDR er lukket ud, og det formelt er accepteret af CTAO, som forventes i 2021.