Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Устройство для детектирования гамма-фотонов очень высокой энергии.
Device to detect very high energy gamma ray photons
IACT расшифровывается как изобразительный атмосферный (или воздушный) телескоп (или метод) Черенкова. Это устройство или метод для детектирования гамма-фотонов очень высокой энергии в диапазоне энергий фотонов от 50 ГэВ до 50 ТэВ. В настоящее время функционируют четыре системы IACT: Стереоскопическая система высокой энергии (H.E.S.S.), Большие атмосферные гамма-изображающие телескопы Черенкова (MAGIC), Первый телескоп Черенкова с G-APD (FACT) и Система массива телескопов для визуализации очень энергичного излучения (VERITAS). Большой атмосферный экспериментальный телескоп Черенкова (MACE) строится в Ханле, Ладакх, Индия, и должен стать самым высоким и вторым по величине телескопом IACT. Массив телескопов Черенкова (CTA) – это многонациональный проект по созданию IACT нового поколения, начало сбора данных по которому запланировано на 2022 год.
IACT stands for imaging atmospheric (or air) Cherenkov telescope or technique. It is a device or method to detect very high energy gamma ray photons in the photon energy range of 50 GeV to 50 TeV. There are four operating IACT systems: High Energy Stereoscopic System (H. E. S. S.), Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescopes (MAGIC), First G APD Cherenkov Telescope (FACT), and Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS). The Major Atmospheric Cherenkov Experiment Telescope (MACE) is under construction in Hanle, Ladakh, India and is set to be the highest and second largest IACT. The Cherenkov Telescope Array (CTA) is a multinational project to build next generation IACTs and is scheduled to begin data collection in 2022.
Предыстория
Из-за быстрого уменьшения потока гамма-квантов от космических источников в данном энергетическом диапазоне, космические детекторы становятся неэффективными из-за малых площадей регистрации, которые часто ограничены несколькими десятками или сотнями квадратных сантиметров. В случае IACT, для регистрации используется атмосфера Земли, что обеспечивает площадь регистрации в сотни квадратных метров. Это позволяет инструментам IACT регистрировать гамма-кванты в энергетическом диапазоне, недоступном для космических инструментов.
Due to the rapidly falling flux of gamma ray photons from cosmic sources in this energy regime, space based detectors become ineffective due to their small collection areas which are often limited to some tens or hundreds of square centimeters. In the case of the IACT, the Earth's atmosphere is used as the detection medium, implying a collection area of many hundreds of square meters. This enables IACT instruments to detect gamma ray photons in an energy regime inaccessible to space based instruments.
Техника
IACT работает, регистрируя очень короткую вспышку излучения Черенкова, генерируемую каскадом релятивистских заряженных частиц, возникающим при столкновении гамма-луча очень высокой энергии с атмосферой. Этот поток заряженных частиц, известный как экстенсивный воздушный ливень (EAS), инициируется на высоте 10–20 км. Входящий гамма-квант претерпевает образование электрон-позитронной пары вблизи ядра молекулы атмосферы. Образовавшаяся пара обладает чрезвычайно высокой энергией и немедленно испускает тормозное излучение (Bremsstrahlung). Это излучение также чрезвычайно энергично, и многие фотоны подвергаются дальнейшему образованию пар. В результате возникает каскад заряженных частиц, который, благодаря своей высокой энергии, производит вспышку излучения Черенкова длительностью от 5 до 20 нс. Общая площадь на земле, освещаемая этой вспышкой, составляет несколько сотен квадратных метров, что определяет большую эффективную площадь телескопов IACT. Устройство для регистрации излучения Черенкова обычно состоит из большого сегментированного зеркала, которое фокусирует свет Черенкова на массив фотоэлектронных умножителей. Эти умножители подключены к быстродействующей электронике, которая усиливает, оцифровывает и записывает картину или изображение ливня. Наиболее эффективным режимом работы является использование массива таких телескопов, которые обычно располагаются на расстоянии 70–120 метров друг от друга. Основное преимущество этого режима заключается в возможности снижения энергетического порога (пиковой чувствительности) телескопа за счет исключения мюонов, рожденных космическими лучами. Это связано с тем, что узкий световой конус Черенкова, создаваемый мюонами, будет зарегистрирован только одним телескопом. Реконструкция ливня и подавление фонового шума, обеспечиваемые массивом телескопов, приводят к увеличению чувствительности на порядок и улучшению углового и энергетического разрешения по сравнению с одиночным телескопом. Это преимущество было успешно использовано массивом телескопов H.E.S.S., который в последние годы обнаружил несколько новых источников гамма-излучения очень высокой энергии.
The IACT works by imaging the very short flash of Cherenkov radiation generated by the cascade of relativistic charged particles produced when a very high energy gamma ray strikes the atmosphere. This shower of charged particles, known as an Extensive Air Shower (EAS), is initiated at an altitude of 10–20 km. The incoming gamma ray photon undergoes pair production in the vicinity of the nucleus of an atmospheric molecule. The electron positron pair produced are of extremely high energy and immediately undergo Bremsstrahlung or "Braking Radiation". This radiation produced is itself extremely energetic, with many of the photons undergoing further pair production. A cascade of charged particles ensues which, due to its extreme energy, produces a flash of Cherenkov radiation lasting between 5 and 20 ns. The total area on the ground illuminated by this flash corresponds to many hundreds of square meters, which is why the effective area of IACT telescopes is so large. The instrument used to detect the Cherenkov radiation usually comprises a large segmented mirror which reflects the Cherenkov light onto an array of photomultiplier tubes. The tubes are coupled to fast electronics which amplify, digitise and record the pattern or image of the shower. The most effective mode of operation is to use an array of such telescopes, which can be typically located 70 to 120 meters apart. The primary advantage of this mode of operation is that the energy threshold (the peak sensitivity) of the telescope can be lowered as local muons produced by cosmic ray induced showers can be eliminated. This is because the narrow Cherenkov light cone produced by local muons will only be recorded by a single telescope. The shower reconstruction and background rejection offered by an array of telescopes provides an order of magnitude increase in sensitivity and improved angular and energy resolution as compared to a single telescope. This advantage has been used to great effect by the H. E. S. S. telescope array which has detected several new sources of very high energy gamma ray photons in recent years.
История
IACT был впервые разработан коллаборацией Whipple и привел к открытию ТеВ-излучения от туманности Краба в 1989 году. 10-метровый телескоп Whipple также обнаружил первый внегалактический источник ТеВ-излучения, зарегистрировав гамма-излучение очень высокой энергии от активной галактики Markarian 421. Массив телескопов HEGRA стал первой системой, использующей несколько телескопов, технику, известную как стереоскопия. Система MAGIC в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на Ла-Пальме начала работу с одним 17-метровым телескопом в 2004 году, к которому в 2009 году был добавлен второй 17-метровый телескоп. Первый телескоп Cherenkov с G-APD (FACT) в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос начал функционировать в 2011 году. Коллаборация H.E.S.S. добавила в свою систему в Намибии новый 28-метровый IACT – на данный момент самый большой телескоп IACT, который работает с июля 2012 года.
The IACT was pioneered by the Whipple collaboration and led to the discovery of TeV emission from the Crab Nebula in 1989. The Whipple 10m telescope also discovered the first extra galactic source of TeV emission with the detection of very high energy gamma ray emission from the active galaxy Markarian 421. The HEGRA telescope array was the first system to use multiple telescopes, a technique known as stereoscopy. The MAGIC system at the Roque de los Muchachos Observatory in La Palma began with one 17 m telescope in 2004, to which a second 17 m telescope was added in 2009. The First G APD Cherenkov Telescope (FACT) at the Roque de los Muchachos Observatory became operational in 2011. The H. E. S. S. collaboration has added to their system in Namibia a new 28 m IACT, currently the largest IACT telescope, which has been operational since July 2012.