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[伽马射线暴]太空探索:伽马射线天文台开始在赛拉·涅哥拉火山开展作业!

十年煮酒尚温    2018-10-08 17:28:09
太空探索:伽马射线天文台开始在赛拉·涅哥拉火山开展作业!

太空探索:伽马射线天文台开始在赛拉·涅哥拉火山开展作业!

HAWC天文台于2013年8月从Sierra Negra峰会开始。该图像已经过数字修改,以显示2014年施工完成时将出现的HAWC。目前安装的111个Cherenkov探测器(运行中的100个Cherenkov探测器)为白色,位于阵列的右上象限。

高海拔水Cherenkov(HAWC)伽玛射线天文台已开始在墨西哥的现场正式运营。HAWC旨在研究非常高能宇宙射线的起源,并观察已知宇宙中最具能量的物体。这个非凡的天文台采用独特的探测技术,不同于镜子,镜头和天线的经典天文设计,是对国际科学和技术知识的重大推动。

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“HAWC天文台将搜寻来自暗物质的信号并研究宇宙中一些最极端的物体,例如超大质量黑洞和爆炸的恒星,”洛斯阿拉莫斯国家实验室首席研究员兼研究员Brenda Dingus说。Dingus是美国物理学会的会员,并于2000年获得了科学家和工程师的总统早期职业奖。

HAWC位于普埃布拉州和韦拉克鲁斯州之间的Sierra Negra火山和Pico de Orizaba火山坡上,海拔4100米。该天文台仍在建设中,使用一系列切伦科夫探测器观测高能宇宙射线和伽马射线。目前,300个Cherenkov探测器中有100个被部署并获取数据。每个Cherenkov探测器由储存在巨大水箱(高5米,直径7.3米)内的180,000升超纯水组成,其中四个高灵敏度光传感器固定在水箱底部。

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“洛斯阿拉莫斯在这一领域有着悠久的历史,并建立了位于新墨西哥州洛斯阿拉莫斯遗址的HAWC天文台的前身,名为米拉格罗,”丁格斯说。

HAWC比前身更敏感15倍!

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艺术家在遥远星系中心发射黑洞的概念发射伽马射线,其中一个射线到达地球。在进入陆地大气层时,伽马射线将产生一系列高能粒子,这些粒子传播到地面上的探测器。图片来源:索诺玛州立大学的Aurore Simonnet。“HAWC将比Milagro灵敏15倍以上,它将探测许多新能源的高能光子。洛斯阿拉莫斯还通过复杂的计算机模拟研究这些高能现象,以了解加速粒子能量的物理机制比人造加速器大数百万倍,“丁格斯说。

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HAWC的建设和运营得以通过墨西哥国家机构(CONACAY)和墨西哥国立自治大学(UNAM)等几个墨西哥机构的资金支持而得以实现,Optica和Electronica(INAOE)。美国还通过国家科学基金会(NSF),能源部(DOE)科学办公室,洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)和马里兰大学提供资金。马里兰大学是整个项目的管理机构。

自8月1日开始使用100个Cherenkov探测器并每周生长的HAWC阵列将对高能粒子和100 GeV和100 TeV之间的辐射敏感,能量相当于可见光能量的十亿倍。

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2009年,HAWC被确定为墨西哥天文项目,对高能天体物理学的预期影响最大。此后不久,在Sierra Negra火山上安装了一个带有三个Cherenkov探测器的测试阵列,并成功观测到了宇宙射线和伽马射线。在这些早期测试之后,2009年建造了七个Cherenkov探测器的原型阵列,用于测试坦克设计,模拟真实数据采集,并研究在这个偏远地区部署大型天文台的后勤工作。2012年,部署了300台HAWC探测器中的前30架,并且从那时起几乎连续运行。HAWC的30探测器阶段允许通过观察月球的阴影来校准天文台,因为它阻挡了宇宙射线。

今天,HAWC的科学团队将正式开始观察已知宇宙中最猛烈的现象,如超新星爆炸和超大质量黑洞的演化。

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背景:已知宇宙中最具活力的粒子!

伽马射线(极高频率的电磁辐射)和宇宙射线(非常高能量的亚原子粒子)是已知宇宙中最具能量和灾难性事件的产物。这些现象包括两颗中子星的碰撞,超新星的爆炸,恒星增生的恒星二元系统,以及主动的黑洞数量超过太阳质量数百万倍的黑洞。

当高能宇宙射线和伽马射线到达地球时,它们与高层大气中的空气分子相互作用。例如,γ射线被转换成带电物质和反物质粒子(主要是电子和正电子)对。这些粒子迅速与其他空气分子相互作用,产生额外的能量减少的伽马射线,然后产生更多的带电粒子对。这种连锁反应一直进行,直到一大片颗粒和辐射达到地平面,在那里它可以记录在HAWC探测器中。

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当来自地外伽马射线的带电粒子级联通过切伦科夫探测器时,其粒子的行进速度比水中的光速快。由此产生的效果类似于超音速飞机(“音爆”)在大气中产生的冲击波,但不是产生声音,而是产生可见的光锥。被称为Cherenkov辐射的闪光由固定在HAWC中每个探测器底部的光传感器测量。通过将许多储罐中观察到的光信号与快速电子设备和高精度计算设备相结合,科学家们有可能确定原始地外伽马射线或宇宙射线的到达时间,能量和方向。

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