ASTRI-Horn er det første Cherenkov-teleskop i dobbelt-spejl-konfiguration til at detektere Krabbetågen ved TeV-energier

Præcis 30 år efter den første historiske observation af krabbetågen ved TeV-energier, som åbnede TeV-astronomiens æra med Imaging Atmospheric Cherenkov Technique (IACT), endnu et fremskridt inden for IACT-teknologi er opnået. ASTRI-Horn Cherenkov-teleskopet, baseret på den innovative Schwarzschild-Couder dobbelt-spejl-konfiguration og udstyret med et innovativt kamera, har opdaget Krabbetågen ved TeV-energier for første gang, beviser denne teknologis levedygtighed.

I 1989, den allerførste påvisning af Krabbetågen ved TeV-energier (omkring en billion gange energien af ​​synligt lys) blev opnået med Whipple-teleskopet. Denne opdagelse var initieringen af ​​TeV astronomi, hvilken, med sin hurtige vækst, har ført til detektering af omkring 200 gammastrålekilder fra andre jordbaserede detektorer som H.E.S.S., MAGIC og VERITAS og har banet vejen for den næste generation:Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO). Fordi gammastråler aldrig når jordens overflade, disse instrumenter bruger Imaging Atmospheric Cherenkov Technique (IACT) til at detektere biproduktet af gammastrålens interaktion med atmosfæren:Cherenkov-lys. Interaktionen producerer kaskader af subatomære partikler - disse meget energiske partikler kan rejse hurtigere end lysets hastighed, hvilket forårsager et svagt og ekstremt kort (i størrelsesordenen en milliardtedel af et sekund!) blink af blåligt lys. Cherenkov teleskoper, lige fra begyndelsen, er blevet bygget efter et typisk optisk design, hvor lyset reflekteres fra teleskopets spejl for at blive fanget af kameraet og derefter omdannes til et elektrisk signal, der digitaliseres og transmitteres for at optage billedet af lyset.

Det italienske nationale institut for astrofysik (INAF) leder ASTRI-projektet (Astrofisica con Specchi a Tecnologia Replicante Italiana) med henblik på designet, implementering og implementering af et nyt ende-til-ende-prototype-teleskop, der er foreslået til CTA Small-Sized Telescopes (SST'er). Dette Cherenkov-teleskop, opkaldt ASTRI-Horn (til ære for Guido Horn d'Arturo, en italiensk astronom, der først i det sidste århundrede foreslog teknologien til tesseller-spejle til astronomi), vedtager en bred (10°x10°) Schwarzschild-Couder optisk konfiguration med dobbelt spejl og er udstyret med en specifikt designet, innovativt Silicon fotomultiplikator (SiPM) kamera styret af meget hurtig udlæsningselektronik. ASTRI-Horn prototypen, beliggende på Etna-bjerget (Italien) ved INAF "M.C. Fracastoro" observationsstationen, er blevet udtænkt som et ende-til-ende-projekt, der inkluderer den fulde dataarkiverings- og behandlingskæde, fra rådata til færdige videnskabelige produkter.

Observationerne af Krabbetågen blev udført mellem december 2018 og januar 2019, under ASTRI-Horn-teleskopets verifikationsfase, for en samlet observationstid på omkring 29 timer, opdelt i kildeeksponering på og uden for aksen. Kamerasystemet var stadig under vurdering, og dens funktionalitet blev ikke udnyttet fuldt ud. I øvrigt, på grund af de seneste udbrud af vulkanen Etna, spejlreflektionseffektiviteten blev delvist reduceret. På trods af sådanne kamera- og spejlebegrænsninger, observationer gav påvisningen af ​​Krabbetågen med en statistisk signifikans på 5,4 s over en energitærskel på omkring 3,5 TeV, definitivt undersøge de nye teknologier og åbne en ny æra for IACT.

"Resultatet opnået af ASTRI er en vigtig milepæl for IACT-teknologierne. Det viser, at den dobbelte spejlkonfiguration, først foreslået af den store tyske astrofysiker Karl Schwarzschild for mere end et århundrede siden, præsterer godt. Det er nu muligt at opnå et meget stort synsfelt med et meget mere kompakt Cherenkov-teleskopdesign, let at observere meget energiske kosmiske gammastråler op til et par hundrede TeV" siger Giovanni Pareschi, astronom ved INAF-Milano og hovedefterforsker af ASTRI-projektet.

Der kræves tre klasser af teleskoper for at dække hele CTA-energiområdet (20 GeV til 300 TeV):Medium-Sized Telescopes (12 m diameter skål) vil dække CTA's kerneenergiområde (100 GeV til 10 TeV), mens Large-Sized Telescopes (23 m) og små teleskoper (4 m) eller SST'er er planlagt til at udvide energiområdet til under 100 GeV og over nogle få TeV, henholdsvis. ASTRI-Horn-teleskopet er et af tre foreslåede SST-designs, der bliver prototype og testet for CTA's sydlige halvkugle-array.

"CTA har udforsket dual-mirror-teknologien siden starten af ​​projektet, og nogle prototyper er blevet realiseret ved hjælp af en sådan tilgang:ASTRI-Horn og GCT for SST og SCT for Medium-Sized Telescope, " siger Federico Ferrini, Administrerende direktør for CTA Observatory (CTAO). "Resultatet opnået med ASTRI-Horn-teleskopet er meget opmuntrende og bekræfter potentialet for teknologiske fremskridt for Cherenkov-astronomi."