محل مناسب برای ساخت آرایه‌ی تلسکوپ چرنکوف

محل مناسب برای ساخت آرایه‌ی تلسکوپ چرنکوف

آرایه‌ی تلسکوپ چرنکوف یا CTA که نسل بعدی آشکارسازهای پرتو گامای بسیار پرانرژی است، هم‌اکنون در حال طراحی و ساخت می‌باشد. این آرایه به مطالعه‌ی عالم پرانرژی غیرحرارتی و آسمان پرتوگاما در محدوده‌ی انرژی ۲۰ GeV تا ۳۰۰ TeV می‌پردازد. حساسیت CTA از آشکارسازهای فعلی یک مرتبه‌ی بزرگی بیشتر خواهد بود. این رصدخانه قرار است در دو محل مختلف، یکی در نیم‌کره‌ شمالی و دیگری در نیم‌کره‌ی جنوبی، شامل تلسکوپ‌هایی در سه اندازه‌ی متفاوت ساخته شود. تلسکوپ‌های بزرگ به آبشارهای کم‌انرژی پرتوگاما (کم‌تر از ۲۰۰ GeV) حساسند، تلسکوپ‌های متوسط، مساحت مؤثر و تعداد تلسکوپ‌هایی که هر رخدادی را به طور هم‌زمان مشاهده می‌کنند افزایش می‌دهند (در محدوده‌ی انرژی ۱۰۰ GeV تا ۱۰ TeV)، و تلسکوپ‌های کوچک که در مساحتی معادل چندین کیلومترمربع گسترده خواهند شد، تعداد رخدادهای مشاهده‌شده در انرژی‌های بالا (بیشتر از ۳۰۰ TeV) را افزایش می‌دهند.

طرح‌های پیشنهادشده برای ساخت CTA در دو نیم‌کره، رصد تمام آسمان را با حساسیت بیشتر و بازسازی انرژی و اندازه‌ی زاویه‌ای بهتر، امکان‌پذیر خواهد کرد. سایت جنوبی که برای رصد مرکز کهکشان و بخش بزرگی از صفحه‌ی کهکشان مناسب است بزرگتر خواهد بود تا بتواند شار خیلی کمی که از این منابع با انرژی بالای ۱۰ TeV مورد انتظار است را نیز اندازه بگیرد. در سایت جنوبی قرار است ۴ تلسکوپ بزرگ، ۲۵ تلسکوپ متوسط، و ۷۰ تلسکوپ کوچک ساخته شود. سایت شمالی بیشتر بر منابع خارج‌ازکهکشانی و پدیده‌های گذرا تمرکز دارد. در این بخش قرار است ۴ تلسکوپ بزرگ و ۱۵ تلسکوپ متوسط ساخته شود.

 شکل ۱. ساختار آرایه‌ی CTA در نیم‌کره‌ی شمالی (چپ) و نیم‌کره‌ی جنوبی (راست). نشانگرهای رنگی موقعیت تلسکوپ‌های مربوطه را نشان می‌دهند: قرمز برای تلسکوپ‌های بزرگ، سبز: متوسط، و آبی: تلسکوپ‌های کوچک.

شکل ۱. ساختار آرایه‌ی CTA در نیم‌کره‌ی شمالی (چپ) و نیم‌کره‌ی جنوبی (راست). نشانگرهای رنگی موقعیت تلسکوپ‌های مربوطه را نشان می‌دهند: قرمز برای تلسکوپ‌های بزرگ، سبز: متوسط، و آبی: تلسکوپ‌های کوچک.

در این مطالعه، عملکرد علمی در واحد زمان هر کدام از سایت‌های این آرایه بررسی شده است و با استفاده از شبیه‌سازی‌های مونت‌کارلو، تاثیر عواملی چون ارتفاع، میدان مغناطیسی زمین، و پس‌زمینه‌ی آسمان شب بر عملکرد مجموعه‌ی تلسکوپ‌ها مطالعه شده است. پارامتر مورد استفاده در این بررسی، حساسیت تلسکوپ‌ها به منابع نقطه‌ای است. منظور از حساسیت تلسکوپ، کمینه‌ی شار رصد‌شده از یک منبع پرتوگامای نقطه‌ای ثابت است که در یک محدوده‌ی انرژی کوچک محاسبه می‌شود. برای این کار تعدادی از مکان‌های کاندید برای نصب تلسکوپ با هم مقایسه شده‌اند. آبشارهای گسترده‌ی هوایی برای هریک از این سایت‌ها به طور جداگانه شبیه‌سازی شده‌اند.

در مجموع ۲۲۹ موقعیت مختلف برای تلسکوپ‌ها برای هریک از سایت‌های جنوبی شبیه‌سازی شده‌اند که در هرکدام تا ۷ نوع مختلف تلسکوپ در نظر گرفته شده است. در شکل ۱، ترکیبی از ۴ تلسکوپ بزرگ، ۲۴ متوسط، و ۳۵ کوچک برای سایت‌های جنوبی و ۴ بزرگ و ۱۵ متوسط برای سایت‌های شمالی در نظر گرفته شده است. عملکرد علمی با پارامترهای مختلف در هر یک از این سایت‌ها بررسی شده و مقادیر متفاوتی ارائه می‌دهند. اما باوجود این‌که عملکرد، وابستگی زیادی به ارتفاع و شدت میدان مغناطیسی زمین نشان می‌دهد، تمام سایت‌های مطالعه‌شده در این مقاله که دارای آرایه‌ای شبیه آرایه‌ی پیشنهادشده‌ی CTA هستند، حساسیت مطالعات پرتوگاما توسط تلسکوپ‌های فعلی را بین ۵ تا ۱۰ برابر افزایش می‌دهند.

طبق این مطالعه، در مجموع بهترین عملکرد مربوط به سایت‌هایی است که در ارتفاع ۱۷۰۰ متری هستند (۱۶۰۰ تا ۲۵۰۰ متر قابل قبول است). هرچند ارتفاعات بیشتر عملکرد آرایه‌ی تلسکوپی را برای انرژی‌های زیر ۵۰ GeV بالا می‌برند ولی برای انرژی‌های بالاتر از آن، عملکرد را به شدت پایین می‌آورد. ارتفاعات کم‌تر نیز عملکرد را در انرژی‌های پایین کاهش می‌دهند. شدت میدان مغناطیسی نیز پارامتر مهمی است: افزایش ۱۰ میکروتسلا، به معنی کاهش ۱۰درصدی عملکرد (هم در حساسیت دستگاه و هم در دقت زاویه‌ای) است.

فرآیند انتخاب سایت CTA در حال حاضر پیشرفت زیادی داشته است: در ماه مارس ۲۰۱۵ دو مکان در هر نیم‌کره به عنوان کاندید در نظر گرفته شدند که برای انتخاب آن‌ها علاوه بر عملکرد علمی (نتایج این مطالعه)، به هزینه و مطالعه‌ی ریسک‌پذیری نیز توجه شده است. در جولای ۲۰۱۵، مذاکرات مربوط به ساخت CTA در تلسکوپ جنوبی اروپایی (ESO)، سایت پارانال در شیلی، مؤسسه‌ی اخترفیزیک جزایر قناری (IAC)، و رصدخانه‌ای در لاپالما در اسپانیا آغاز شد. در سپتامبر ۲۰۱۶ قراردادی بین CTA و IAC بسته شد و در حال حاضر مذاکرات با ESO در مراحل نهاییش قرار دارد.

عنوان اصلی مقاله: Monte Carlo Performance Studies for the Site Selection of the Cherenkov Telescope Array
نویسندگان: T. Hassan, et al
این مقاله برای چاپ در نشریه‌ی Astroparticle Physics پذیرفته شده است.
لینک مقاله‌ی اصلی: https://arxiv.org/abs/1705.01790
گردآوری: آزاده کیوانی

دسته‌ها: مقالات روز

درباره نویسنده

آزاده کیوانی

پژوهشگر پَسادکترا در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا است که در زمینه‌ی اخترفیزیک ذره‌ای پژوهش می‌کند. در حال حاضر عضو تیم تحقیقاتی AMON و هم‌چنین عضو رصدخانه‌ی نوترینوی IceCube است. او در سال ۲۰۱۳ دکترای خود را در رشته‌ی اخترفیزیک از دانشگاه ایالتی لوییزیانا گرفته است و در طول تحصیلات تکمیلیش عضو رصدخانه Pierre Auger بوده است. پروژه‌ی دکترای او بررسی تأثیرات میدان مغناطیسی کهکشان راه شیری بر روی انحراف پرتوهای کیهانی پرانرژی در راستای شناخت منشأ و نوع این ذرات بوده است.

دیدگاه‌ها

  1. مهدی
    مهدی ۸ خرداد, ۱۳۹۶، ۱۲:۲۲

    ممنون برای این گزارش

    پاسخ به این دیدگاه

یک دیدگاه بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.
بخش‌های لازم مشخص شده‌اند*