Download (DETECCION DE RAYOS GAMMA

Falz
La Ubicación
Falz
Física de Astropartículas
● la mayoría de los objetos astrofísicos (estrellas, galaxias,...)
emiten radiación en una fracción importante del espectro
electromagnético
Radio
Óptico
Rayos-gamma
Mapa celeste para ondas de
radio (408 Mhz)
Mapa celeste en el óptico
Mapa celeste para rayos-g por
encima de 100 MeV
Astronomía con múltiples
longitudes de onda
Falz
Falz
Un flash sobre investigación
reciente
Major Atmospheric
Gamma-ray Imaging
Cherenkov Telescope
Esquema de la opacidad del la atmósfera para radiación electromagnética de diferentes energías
● muchos objetos astrofísicos son gigantescos aceleradores de partículas (remanentes de supernova, núcleos activos de galaxias,...)
los cuales pueden ser estudiados detectando partículas de alta
energía (neutrinos, protones,...) o bien radiación (desde radio
hasta rayos-γ)
Una imagen de como quedará el telescopio MAGIC rodeado por otros detectores astronómicos
● El observatorio del Roque de los Muchachos
del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC),
La Palma, Las Islas Canarias, España
● Altitud 2200 a.s.l., 17.89°O, 28.76°N
La Colaboración
● Una colaboración internacional formada por 14 institutos de
Alemania, Armenia, España, Italia, Polonia, Rusia, Ucrania, y
USA.
Banderas
(Impressum (senkrecht nach oben):
Texto y Figuras: Norbert Magnussen, IFAE Barcelona;
Diseño y Impresión: vmd Munich)
http: / / hegra1.mppmu.mpg.de
Texto y Figuras: Norbert Magnussen, IFAE Barcelona; Diseño y Impresión: vmd Munich
La isla de La Palma en las canarias ofrece una de las mejores ubicaciones en el mundo para realizar observaciones astronómicas.
Espectro de los diferentes tipos de partículas que forman los rayos cósmicos (pesado por la energía elevado
a 2.75)
● muchos objetos astrofísicos son prácticamente invisibles (planetas, Materia Oscura,...) pero pueden ser detectados a través de
sus efectos gravitacionales (efectos de lente gravitatoria) o
detectando los productos de decaimientos o anihilaciones
(rayos-γ o antiprotones...)
Para entender las piezas que forman nuestro Universo es
necesario la utilización de muchos instrumentos de carácter
complementario. MAGIC tiene acuerdos con otras colaboraciones para la toma de conjunta de datos.
El Telescopio MAGIC
La radiación utilizada para estudiar los objetos astrofísicos y los
procesos físicos en el universo va desde longitudes de onda muy
grandes, ondas de radio (λ = 100 m), hasta longitudes de onda extremadamente cortas, rayos-γ (λ = 10-20 m). La atmósfera de la tierra
es opaca en diferente grado para la mayoría de esta radiación. Esto
hace necesario utilizar detectores situados en globos o satélites para
cubrir ciertas partes de este espectro. Para las energías más altas los
detectores situados en la superficie de la tierra son los más indicados.
Astronomía de rayos-γ de alta energía:
Los rayos-γ de mayor
energía son capaces
de producir extensas
cascadas de forma
cilíndrica en la atmósfera. Las partículas
producidas en estas
cascadas emiten
destellos de luz
Cherenkov de pocas
billonésimas de
segundo de duración.
Estos destellos pueden
ser ‘fotografiados’ con
los telescopios
Cherenkov.
El procesamiento de
estas ‘imágenes’ utilizando ordenadores
puede suprimir el
fondo compuesto por
Rayos Cósmicos
Esquema del desarrollo de extensas cascadas producidas en la atmósfera
hadrónicos.
Imagen óptica de Mkn 421 (en el centro)
Flujo en energía por década en frecuencia de Mkn 421
medido en diferentes momentos. Los datos en el rango de
TeV fueron tomados por el telescopio Whipple
La galaxia activa Markarian 421 fue la primera fuente extragaláctica de
rayos-γ de muy alta energía detectada en 1992. Se encuentra a una distancia de 500 millones de años luz (z = 0.031). La región central emite
radiación en un extenso rango de energías. La energía emitida para
diferentes longitudes de onda tiene una gran variación con el tiempo y
aún es más grande en el dominio de los rayos-X y los rayos-γ.
Otra galaxia similar, Markarian 501 (z = 0.034), fue descubierta en
1995. En 1997 mostró unas variaciónes espectaculares de su flujo para
rayos-γ de muy alta energía, en tiempos del orden de dias
(MJD 50525 = 18/03/97), y seguramente con un componente periódico.
Astronomía de Rayos Gamma(γ) con una
energía de hasta =100 TeV incluyendo
el rango de energías (10 GeV<Eγ <200 GeV)
no cubierto por ninguno de los detectores
actuales
Un alto potencial para hacer
descubrimientos en Astrofísica, Cosmología y
Física de Partículas
Intereses Científicos
El espectro en rayos-g de Mkn 501 por encima de 1.5 TeV medida por la colaboración HEGRA en 1997
Debido a la rápida
variabilidad, la fuente de
estos rayos g debería estar
muy cerca del agujero negro.
Los datos obtenidos en el
futuro nos permitirán probar
nuestros conocimientos
sobre el espacio y el tiempo.
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Para cubrir el último segmento del espectro
electromagnético aún sin estudiar se ha estado
desarrollando desde 1995 este nuevo y único
detector de una gran sensibilidad. Los primeros
datos serán tomados en el año 2001.
Imagen óptica de Mkn 501
Falz
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el Universo distante (primitivo)
Agujeros Negros súper masivos
origen de los Rayos Cósmicos
pulsares
origen de las Explosiones de Rayos Gamma (GRB)
naturaleza de la Materia Oscura
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El Proyecto MAGIC
El desafío experimental
Fuentes
● Los más modernos avances tecnológicos serán aplicados en varias
fases para poder cubrir el rango aún no estudiado del espectro
electromagnético (10 GeV-200 GeV).
● en la actualidad sólo unas pocas
fuentes han sido detectadas con
energías por encima de ~200 GeV;
por el contrario, alrededor de 300
fuentes han sido observadas en un
rango de energías por debajo de
10 GeV.
● Un telescopio Cherenkov de 17 m de diámetro (el primero de un
conjunto de telescopios ya planeados) con una mecánica, óptica y
electrónica optimizadas permitirá alcanzar un valor umbral en la
energía inicialmente un factor 3 por debajo del resto de detectores
planeados.
● El telescopio MAGIC será capaz de observar el universo distante
(primitivo) donde existen la mayoría de las galaxias activas (e.g.
quásares).
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Modelo del centro de una galaxia activa
Propagación
● probablemente la mayoría de las fuentes extragalácticas no son
visibles a altas energías debido a la absorción que sufren los rayos-γ
al propagarse a través del fondo de origen cosmológico.
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Fuentes de radiación-γ
Fuentes de radiación-γ
Tecnología usada en MAGIC
Remanentes de Supernovas:
Las estrellas muy masivas acaban su vida
en una explosión supernova enviando al
espacio interestelar sus capas más externas formadas por gas a gran temperatura. La colisión de este gas con el medio
interestelar forma ondas de choque
donde las partículas pueden ser aceleradas hasta
El espectro del remanente de supernova
E0102-72 desde ondas de radio hasta
muy altas
rayos-X
energías.
En la actualidad sólo ha sido firmemente
demostrada la aceleración de electrones.
Pero:¿Son los núcleos atómicos existentes
en los rayos cósmicos acelerados en estas
regiones? La respuesta a esta pregunta ha
El remanente de supernova Cas A en el
sido perseguida por los astrofísicos desde
dominio de rayos-X (Chandra)
su planteamiento hace más de 60 años.
La alta sensibilidad del telescopio MAGIC será de gran importancia
para la resolución de este problema.
Explosiones de Rayos Gamma: Alrededor de una vez al día los
detectores de rayos-γ situados en satélites detectan gigantescas
explosiones que parecen ocurrir principalmente en el universo
distante y que duran desde segundos a horas en el dominio de los
rayos-γ. Hoy en día se cree que un pequeño tanto por ciento de una
masa solar se transforma en radiación en estas explosiones. ¿Cuál es
su origen? Se ha especulado con la existencia de hypernovas, explosiones más energéticas aún que una supernova. El telescopio MAGIC
arrojará luz sobre este tema.
Deteción
● en el caso de los
objetos galácticos
la sensibilidad de
los detectores
actuales no es
suficiente .
El telescopio CT1 de la colaboración HEGRA
● En los telescopios Cherenkov al disminuir el umbral en la energía
conseguimos observar fuentes más distantes debido a la menor
absorción para rayos-γ de menor energía.
● es necesario un telescopio Cherenkov de una alta sensibilidad para
estudiar un rango en energías por encima de 10 GeV.
Falz
Falz
Por primera vez en γ-astronomía un sistema
de control activo para los espejos permitirá focalizar el
telescopio a una
distancia entre 5 Km. y 40 Km. además de poder compensar pequeñas
deformaciones en la estructura.
Dibujo esquemático del
telescopio MAGIC
Modelo de una hypernova
Mapa celeste de las explosiones de rayos
gamma detectados por el detector BATSE
Imagen de ROSAT del remanente de supernova Puppis A
y su púlsar central
Pulsares: El producto final de una supernova es a menudo un
objeto de carácter exótico situado en su núcleo. Este puede ser
tanto una estrella de neutrones como un agujero negro. Las estrellas de neutrones son objetos tan densos como la materia nuclear,
a menudo giran a una gran velocidad desarrollando intensos
campos magnéticos. En este escenario las partículas pueden ser
aceleradas hasta muy altas energías. ¿Cuál es la energía máxima
para los rayos-γ generados en pulsares? Los cálculos actuales indican
que este máximo debe estar entre 10 GeV y 100 GeV, rango que
será explorado por el telescopio MAGIC.
Núcleos Activos de Galaxias:
En el universo joven muchas (¿todas?)
galaxias pasaban por una fase de gran
actividad. Hoy en día se cree que grandes
cantidades de materia eran arrastradas,
calentadas y engullidas por Agujeros Negros Súper Masivos. En este proceso el
Agujero
La galaxia activa NGC 4261 en el óptico y
Negro suele
en el radio además de una foto de la
región central tomada por el Telescopio
crear dos
espacial Hubble
haces de
direcciones
opuestas formados por partículas relativistas. En estas estructuras pueden ser
producidos
rayos-γ cerca
del Agujero
Negro que
Modelo de la región central
nos proporcionarán información de este proceso tan
poco conocido. El telescopio MAGIC
proporcionará datos de muy alta calidad
necesarios para la comprensión del
comportamiento de estos haces.
Estructura: Una estructura de 17 m de diámetro construida con fibra de carbono
tubular que será a la vez ligera y rígida.
Esto permitirá al telescopio reposicionarse
rápidamente después de una alarma proveniente del sistema de satélites que monitorizan las explosiones de rayos gamma.
Materia Oscura:
La velocidad de
rotación de las
estrellas alrededor
del centro de las
galaxias muestra
Modelo de un púlsar
que las galaxias
contienen mucha
más materia que la visible en el espectro electromagnético. Hoy en día se
Curva de rotación de la galaxia NGC 6503
cree que la mayor parte de la materia
del Universo está formada por
partículas que no existen en la
tierra. La búsqueda de esta llamada
Materia Oscura no bariónica es uno
de los intereses más importantes
para astrofísicos y físicos de
partículas en este principio de siglo.
Si existe, el telescopio MAGIC
puede observar su presencia
detectando reacciones de
Simulación de la distribución de estrellas asumiendo que la materia oscura está presente en
anihilación en el centro de nuestra
estrellas de bajo brillo en comparación de los
resultados del telescopio espacial Hubble
galaxia.
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Sistema de Espejos: Esta formado
por un conjunto de 1000 espejos
de un tamaño aproximado de
50 cm x 50 cm. Cada espejo consistirá
en un sándwich formando por una
lámina de aluminio pulido con
diamante, un sistema interno de
calefacción para protegerlo contra la condensación y el hielo,
y una estructura en forma de panel de abejas para darle rigidez.
La cámara de MAGIC: El desarrollo de nuevos fotosensores es
una parte importante del proyecto Magic. En una primera fase
serán utilizados foto multiplicadores clásicos. Para la segunda fase
están siendo desarrollados fotomultiplicadores híbridos que tienen una
alta eficiencia cuántica, esto permitirá reducir el umbral en la energía
entre un factor 2 y 3. Estos foto
multiplicadores podrán ser
utilizados en muchos otros
campos.
Para minimizar el peso de
la cámara ha sido adoptada
y optimizada la transferencia de la señal analógica a través de fibra
óptica.
Dibujo esquemático de un fotomultiplicador híbrido
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