Войти
HAWC 14 августа 2014 г. Эксперимент Черенкова в высокогорной воде или Высотная водная обсерватория Черенкова (также известная как HAWC ) - это обсерватория гамма-лучей и космических лучей , расположенная на склоны вулкана Сьерра-Негра в мексиканском штате Пуэбла на высоте 4100 метров, на 18 ° 59′41 ″ с.ш., 97 ° 18′30,6 ″ з.д. / 18,99472 ° с.ш., 97,308500 ° з.д. / 18,99472; -97.308500. HAWC является преемником гамма-обсерватории Милагро в Нью-Мексико, которая также была гамма-обсерваторией, основанной на принципе обнаружения гамма-лучей косвенно с использованием воды Метод Черенкова.
HAWC - это результат совместной работы большого количества американских и мексиканских университетов и научных учреждений, включая Университет Мэриленда, Национальный автономный университет Мексики, Национальный институт астрофизики, оптики и электроники, Национальная лаборатория Лос-Аламоса, НАСА / Годдард Центр космических полетов, Калифорнийский университет, Санта-Крус, Мичиганский технологический университет, Университет штата Мичиган, Автономный университет Бенемерита в Пуэбле, Университет Гвадалахары, Университет Юты, Университет Нью-Мексико, Университет Висконсин-Мэдисон и Институт Те chnology.
HAWC с Пико де Орисаба на заднем плане, август 2014 г. Гамма-обсерватория HAWC очень обширна поле зрения, непрерывно работающий, ТэВ гамма-телескоп, который исследует происхождение космических лучей, изучает ускорение частиц в экстремальных физических средах и ищет новые ТэВ физика. HAWC был построен на высоте 4100 м над уровнем моря в Мексике в сотрудничестве с 15 американскими и 12 мексиканскими учреждениями и эксплуатируется при финансовой поддержке Национального научного фонда США, Департамента США. of Energy и CONACyT (Мексиканское агентство по финансированию науки). HAWC был завершен весной 2015 года и состоит из набора из 300 черенковских детекторов воды. Он спроектирован так, чтобы быть более чем на порядок чувствительнее своего предшественника Milagro.
HAWC наблюдает за северным небом и проводит совпадающие наблюдения с другими обсерваториями с широким полем зрения. HAWC пересекается с обсерваториями, такими как VERITAS, HESS, MAGIC, IceCube и более поздними версиями, CTA, поэтому они могут делать перекрывающиеся многоволновые наблюдения и наблюдения с несколькими мессенджерами и максимально увеличивать количество совпадающих наблюдений с помощью космического гамма-телескопа Ферми (Ферми).
HAWC может обнаруживать большой ансамбль источников гамма-излучения - измерение их спектры и изменчивость для характеристики механизмов ускорения масштаба ТэВ. За годичный обзор HAWC может выполнить глубокий объективный обзор гамма-излучения ТэВ с чувствительностью 50 mCrab при 5 σ. HAWC будет наблюдать жесткий спектр (высокие энергии фотонов) галактические источники в ТэВ с чувствительностью, подобной чувствительности Ферми в ГэВ, обнаруживать диффузное излучение из областей плоскости Галактики, обладают чувствительностью, позволяющей видеть известные активные галактические ядра ТэВ и самые яркие из известных гамма-всплесков ГэВ, и представляют собой достаточно большой шаг в чувствительности для вероятного открытия новых явлений. Поскольку HAWC имеет мгновенное поле зрения 2 стерадиан, он будет наблюдать диффузное гамма-излучение из плоскости галактики в широком диапазоне галактических долгот, достигающих центра галактики.
В сентябре 2015 года Лос-Аламосской национальной лаборатории был присужден грант на исследования и разработки под руководством лаборатории для улучшения эффективной площади и чувствительности HAWC за счет добавления баков с выносными опорами, окружающих большие центральные баки. Из-за большего размера ливней частиц, создаваемых космическими лучами высокой энергии, увеличение площади детектора увеличит его чувствительность. Было предсказано, что аутригеры увеличат чувствительность и эффективную площадь HAWC в 2-4 раза для частиц с энергией выше 10 ТэВ. Сборка выносных опор была завершена в начале 2018 года, на год позже, чем ожидалось.
HAWC обнаруживает электромагнитное излучение от атмосферных осадков, произведенных космическими лучами высокой энергии, которые попадают в атмосферу Земли. HAWC чувствителен к ливням, создаваемым первичными космическими лучами с энергией от 100 ГэВ до 50 ТэВ.
Черенковское излучение возникает, когда заряженные частицы движутся через среду со скоростью, превышающей скорость света в этой среде. Гамма-лучи высокой энергии, попадая в верхние слои атмосферы, могут создавать пары позитрон -электрон , которые движутся с большими скоростями. Остаточный эффект движения этих частиц через атмосферу может привести к каскадному ливню частиц и фотонов, направленных к поверхности под предсказуемыми углами.
HAWC состоит из больших металлических резервуаров шириной 7,3 м и высотой 5 м, содержащих светонепроницаемую камеру, вмещающую 188 000 литров воды. Внутри находятся четыре трубки фотоумножителя (3-8 дюймов и 1-10 дюймов QE). Частицы высокой энергии, падающие на воду, приводят к черенковскому свету, который регистрируется фотоэлектронными умножителями. HAWC использует разницу во времени прихода света в разные резервуары для измерения направления первичной частицы. Структура света позволяет различать первичные (адроны ) и гамма-лучи. Исходя из этого, ученые могут составить карту неба с помощью гамма-лучей.
Крупный план танков HAWC. Каждый резервуар содержит около 188000 литров воды и четыре фотоумножителя. HAWC:
Происхождение космического излучения было загадкой с момента его появления. открытие Виктором Гессом в 1912 году. Энергетический спектр космических лучей простирается от нескольких ГэВ до более 10 эВ. Пока нет экспериментальных доказательств перехода от галактических космических лучей к внегалактическим, хотя считается, что космические лучи ниже 10 эВ имеют галактическое происхождение. Хотя существует консенсус в отношении того, что взрывы сверхновых (SN) ускоряют космические лучи до энергий ~ 10 эВ, экспериментальные доказательства получить трудно. Теоретические аргументы основаны на том, что энергия, выделяемая в SN, достаточна для поддержания наблюдаемых космических лучей в Галактике, а также на создании сильных ударных волн сверхновой, обеспечивающих ускорение Ферми первого порядка. Таким образом, задачи будущих экспериментов состоят в том, чтобы подтвердить, что сверхновые - это места ускорения адронных космических лучей до колена, и определить источники галактических космических лучей выше 10 эВ.
Диффузное гамма-излучение нашей Галактики также исследует происхождение космических лучей. Это излучение обусловлено взаимодействием адронных космических лучей с межзвездным газом и последующим распадом нейтральных пионов, а также взаимодействием высокоэнергетических электронов с газом и полями излучения (радио-, микроволнового, инфракрасного, оптического, УФ и магнитного). Если распределение вещества и излучения известно из других измерений, знание диффузного излучения позволяет измерить поток и спектр космических лучей по всей Галактике. Эта информация может быть использована для определения областей в Галактике, где недавно произошло ускорение частиц.
Более 20 активных галактических ядер (AGN) были обнаружены в гамма-лучах очень высоких энергий (VHE) и экстремальных вспышках вверх в 50 раз больше потока покоя. Гамма-лучи образуются в результате взаимодействия электронов и / или протонов высоких энергий с фотонами более низких энергий. Существует несколько моделей для объяснения источника фотонов, в том числе: синхротронное излучение той же самой совокупности электронов, излучение аккреционного диска и космический микроволновый фон фотоны.. Чтобы различать эти модели, требуются одновременные наблюдения с использованием нескольких длин волн и подходов с несколькими мессенджерами. Мониторинг при энергиях VHE является эффективным механизмом для инициирования таких наблюдений, потому что гамма-лучи с самой высокой энергией демонстрируют наиболее высокую изменчивость и исследуют частицы с самой высокой энергией. HAWC будет обладать чувствительностью для обнаружения сильных вспышек, таких как те, которые наблюдались с Маркарян 421, с величиной более 10σ менее чем за 30 минут.
Спутник Ферми теперь наблюдал как длинные, так и короткие гамма-всплески, которые испускают гамма-лучи с энергией нескольких ГэВ. Ни в одном из этих гамма-всплесков не наблюдается высокоэнергетического обрезания, и гамма-лучи наивысшей энергии, наблюдаемые в трех самых ярких всплесках, испускались (то есть с поправкой на наблюдаемое красное смещение ) при энергиях 70, 60, 94, и 61 ГэВ в GRB 080916C, 090510, 090902B и 090926 соответственно. Гамма-излучение с наивысшей энергией требует основного фактора Лоренца исходящего потока, равного почти 1000, чтобы энергии системы отсчета и плотности фотонов были достаточно низкими, чтобы избежать ослабления из-за взаимодействий с образованием пар. Наблюдения Fermi-LAT показывают, что наиболее интенсивное излучение ГэВ происходит быстро, а также длится дольше, чем излучение при более низких энергиях. Обсерватория с высоким коэффициентом заполнения, такая как HAWC, с широким полем зрения требуется для наблюдения за этим мгновенным излучением и определения его протяженности при высоких энергиях, особенно для всплеска, такого как 090510, в котором мгновенное излучение длилось менее полсекунды..
HAWC обладает чувствительностью, чтобы продолжить эти наблюдения в диапазоне VHE. Эффективная площадь HAWC при 100 ГэВ (~ 100 м) более чем в 100 раз больше, чем у Fermi-LAT.
HAWC - очень чувствительный детектор космических лучей ТэВ. Большое количество космических лучей, обнаруженных с помощью HAWC, создает нежелательный фон для поиска источников гамма-излучения, но также позволяет точно измерять небольшие отклонения от изотропии в потоке космических лучей. За последние несколько лет детекторы космических лучей в северном и южном полушарии обнаружили анизотропию в распределении направлений прихода космических лучей ТэВ на уровне промилле. Поскольку мы ожидаем, что направления прибытия заряженных частиц с этими энергиями будут полностью искажены галактическими магнитными полями, эти отклонения удивительны и подразумевают, что распространение космических лучей от их источников до нас не понимается. Составление карты распределения космических лучей по направлению прихода для изучения анизотропии с повышенной чувствительностью является основной научной целью HAWC.
Астрофизические наблюдения высоких энергий обладают уникальным потенциалом для изучения фундаментальной физики. Однако вывод фундаментальной физики из астрофизических наблюдений сложен и требует глубокого понимания астрофизических источников. Необходимо понять основы астрофизики, чтобы определить отклонения от этого фона из-за новой физики. В некоторых случаях астрономы могут помочь с пониманием астрофизического фона, например, используя сверхновые в качестве стандартных свечей для измерения темной энергии. Однако физикам, занимающимся высокими энергиями, придется обнаруживать и объяснять астрофизические явления высоких энергий, чтобы вывести фундаментальную физику. Глубокий обзор гамма-излучения ТэВного неба HAWC предоставит объективную картину, необходимую для характеристики свойств астрофизических источников с целью поиска новых фундаментальных физических эффектов. Примеры исследований HAWC включают:
Строительство HAWC и эксплуатация совместно финансируется Национальным научным фондом США, Министерством энергетики США Офисом физики высоких энергий и Национальным советом науки и технологий ( CONACyT) в Мексике и программой лабораторных исследований и разработок (LDRD) Национальной лаборатории Лос-Аламоса.
Другими важными источниками финансирования являются:
В 2017 году HAWC объявила о первом измерении спектра космических лучей и новых результатах по наблюдаемому позитрону. избыток антивещества.
СМИ, связанные с High Altitude Water Cherenkov Experiment на Wikimedia Commons