|
Мюонные кольца позволяют откалибровать телескопы
|
|
|
|
Исследование, начатое в рамках дипломной работы по физике в Автономном университете Барселоны (Universitat Autonoma de Barcelona, UAB), привело к созданию нового аналитического описания калибровки двухзеркальных черенковских телескопов с помощью мюонов. Эта работа решает проблему, которая оставалась нерешенной более 30 лет из-за геометрической сложности этих оптических систем: определение точного количества черенковского излучения, испускаемого мюоном, которое достигает камеры, с учетом теней, отбрасываемых вторичным зеркалом и самой камерой.
|
|
|
|
Авторы исследования — Маркус Гауг, преподаватель кафедры физики в UAB и научный сотрудник CERES-IEEC; Виктор Хиральдес-Сегалас, выпускник физического факультета UAB; и аспирантка Фиона Редмен. Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Supplement Series.
|
|
|
|
Мюоны как естественный источник для калибровки
|
|
|
|
Черенковские телескопы регистрируют короткие вспышки света, возникающие в атмосфере в результате каскадов частиц, порождаемых гамма-лучами и космическими лучами. Среди этих частиц есть мюоны, которые, двигаясь в атмосфере со скоростью, превышающей скорость света в воздухе, испускают черенковское излучение.
|
|
|
|
|
|
|
Когда мюон проходит рядом с телескопом, это излучение создает на камере характерное кольцеобразное изображение. Поскольку количество испускаемого света можно рассчитать с высокой точностью, эти кольца представляют собой естественный источник для калибровки, который постоянно доступен во время наблюдений.
|
|
|
|
Сравнивая ожидаемое количество света с тем, которое на самом деле регистрирует камера, можно определить общую эффективность оптической системы и системы регистрации и отслеживать ее изменения с течением времени. Такая непрерывная калибровка особенно важна, поскольку большие телескопы Обсерватории Серро-Толоса не защищены куполами, в отличие от обычных оптических телескопов, и подвергаются воздействию окружающей среды. Кроме того, точная калибровка необходима для точного определения энергии гамма-излучения и контроля систематических погрешностей.
|
|
От дипломной работы бакалавра до нового аналитического решения
|
|
|
|
Исследование началось с дипломной работы бакалавра, которую Хиральдес-Сегалас написал во время обучения на физическом факультете Автономного университета Барселоны под руководством Гауга. Целью работы было адаптировать аналитические методы калибровки по мюонам, разработанные для обычных телескопов с одним зеркалом, к будущим телескопам с двумя зеркалами Обсерватории Серро-Толоса.
|
|
|
|
В телескопе с двумя зеркалами геометрия значительно сложнее: вторичное зеркало, его опоры и светоделители, камера и центральное отверстие в первичном зеркале могут поглощать часть черенковского излучения. Эти тени также зависят от угла наклона и траектории движения мюона и меняются по мере движения по наблюдаемому кольцу. Наличие аналитического решения избавит CTAO от необходимости прибегать к непрерывному и затратному с точки зрения вычислительных ресурсов моделированию.
|
|
Разница с упрощенными моделями может достигать 40 %.
|
|
|
|
Новый формализм позволяет точно рассчитать долю черенковского излучения, блокируемого различными компонентами телескопа, для каждой траектории движения мюона. Этот эффект особенно важен для мюонов, движущихся под углом к направлению наблюдения, а также для конфигураций с защитными конструкциями вокруг вторичного зеркала.
|
|
|
|
В таких случаях прогнозируемое количество света может отличаться на 40 % от значения, полученного с помощью предыдущих приближенных методов, в которых тень вторичного зеркала учитывалась упрощенно. Эта разница значительно превышает требования CTAO, согласно которым метод калибровки должен обеспечивать точность выше 4 %.
|
|
|
|
В ходе исследования также были получены два результата для обычных телескопов с одним зеркалом: поправка первого порядка для определения максимальной высоты, с которой черенковское излучение мюона может достичь отражателя из-за кривизны главного зеркала, а также аналитическое описание влияния аберрации комы на мюонные кольца в телескопах с параболическими отражателями.
|
|
Применимо к Обсерватории Черенкова
|
|
|
|
CTAO — это наземная обсерватория нового поколения, предназначенная для изучения гамма-излучения сверхвысоких энергий. Она будет располагаться в двух местах: CTAO-Север — в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на острове Ла-Пальма, а CTAO-Юг — в пустыне Атакама в Чили.
|
|
|
|
Более половины запланированных телескопов будут использовать двухзеркальные оптические системы, созданные по принципу телескопов Шварцшильда — Кудера, в том числе малогабаритные телескопы (Small-Sized Telescopes, SST). Такие системы обеспечивают широкое поле зрения и хорошее качество изображения по всей фокальной плоскости, а также позволяют использовать более компактные камеры. Новый формализм предоставляет необходимые инструменты для точной калибровки этих систем с помощью мюонных колец.
|
|
|
|
Источник
|
