Cherenkov Telescope ArrayUn observatorio astronómico de nueva generación

para la detección de rayos gamma desde tierra

Astronomía y física de partículas a través de rayos gamma de muy alta energíaEl universo es un laboratorio único para el estudio de la física fundamental a energías extremas -mucho mayores que las alcanzables en aceleradores de partículas construídos por el hombre. La Astronomía de Rayos Gamma en el rango de energía del Tera-electronvoltio (TeV) aprovecha este laboratorio natural para:

• Investigar los procesos físicos más energéticos del Universo• Entender los aceleradores de partículas cósmicas• Cartografiar la densidad de energía de los rayos cósmicos en la Vía Láctea• Sondear el entorno de los agujeros negros y estrellas de neutrones•Estudiar la Cosmología y la historia de la formación de galaxias•Comprobar la validez de las leyes de la física fundamental a energías extremas•Buscar el origen de la Materia Oscura

Diseño de CTA: afrontando nuevos retosEl desarrollo de componentes de altísima relación calidad/precio para CTA supone un enorme reto tecnológico. Algunos ejemplos:

• Construcción de 50 – 100 telescopios ópticos de varios tamaños (6, 12 y 24 m) con funcionamiento robótico de máxima confianza• Fabricación extensiva (~70 m2) de superficies fotosensibles de respuesta rápida (nanosegundo) Desarrollo de cámaras de alta velocidad con un total de más de 100 000 canales funcionando en un entorno climáticamente hostil• Desarrollo de técnicas de producción de 10000 m2 de espejos focalizadores• Gestión de enormes cantidades y flujos de datos (~50 GByte/s)

El consorcio CTA se enfrenta actualmente a estos retos en la fase llamada Design Study, en la que participan los mejores grupos europeos dentro de una colaboración internacional y en cooperación con la industria.

Liderazgo europeo en un empeño internacionalCTA, una de las grandes infraestructuras de investigación a nivel mundial, será un observatorio abierto a toda la comunidad científica. Actualmente trabajan en él más de 500 científicos de más de 120 instituciones y 16 países europeos. CTA está entre los proyectos de más alta prioridad de las hojas de ruta de ASPERA (astrofísica de partículas) y ASTRONET (astronomía) y ha sido incluido en 2008 en la del Foro Estratégico Europeo para Infraestructuras de Investigación (ESFRI).

CTA: un “salto cuántico” en astrofísica de partículasEl éxito actual de observatorios tales como H.E.S.S. y MAGIC, liderados por instituciones e investigadores europeos, da pruebas del tremendo potencial que tiene esta nueva rama de la Astronomía, la TeVastronomía. Para poder desarrollar todo ese potencial, la nueva generación de observatorios encarnada por CTA aspira a proporcionar mejoras significativas en todos los aspectos de su funcionamiento:

• Factor 10 de mejora en sensibilidad a energías del orden del TeV • Ampliación del rango de energía: desde 10 GeV hasta centenares de TeV• Mejora de la resolución angular hasta 1-2 minutos de arco• Incremento de la tasa de detección de sucesos en un factor 5 - 10• Mayor capacidad de rastreo y mejor cobertura de la bóveda celeste• Optimización para funcionamiento en modo robótico

Para poder obtener las prestaciones previstas será necesario instalar un compejo (array) de entre 50 y 100 telescopios de diferentes tamaños distribuidos en un área superior a 1 km2.

CTA tendrá la mejor resolución angular de todos los detectores de rayos gamma, lo que nos permitirá por primera vez distinguir estructuras de emisión galáctica del tamaño de tan solo un parsec -servirá de “microscopio” desvelando aceleradores cósmicos. (Figuras: mapa simulado comparativo de cómo verían la región interior del plano galáctico un instrumento actual y CTA). Se espera que CTA descubra más de 1000 fuentes, tanto galacticás como extragalácticas, de rayos gamma (TeV), es decir, más de diez veces el número detectable actualmente.

CTA tendrá dos localizaciones, una en cada hemisferio terrestre, para poder observar el cielo completo. Ambos complejos serán construidos de manera conjunta, operados por un mismo consorcio y usarán la misma tecnología.

Nuestra Galaxia vista en radiación gamma

‘HESS’

‘CTA’

Prototipo de componentes

Operación modo parcial

Construcción observatorio

Prototipo de telescopios

Diseño de telescopios

Diseño del observatorio

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Desarrollo de nuevas técnicas de producción de espejos

Circuitos específicos (ASIC), microelectrónica y fotodetectores de nueva generación

Diseño de nuevas estructuras, sistemas de seguridad y robótica para telescopios

Detectando rayos gamma (TeV) Cada vez que una partícula cósmica muy energética entra en la atmósfera genera una cascada de partículas relativistas emisoras de destellos muy cortos (nanosegundos) de radiación Cherenkov. Esta luz es focalizada por grandes telescopios ópticos hacia un conjunto de fotosensores de registro rápido. La observación de la misma cascada desde varios telescopios (estéreo) permite desentrañar con gran precisión la naturaleza, dirección y energía de la partícula primaria e investigar las fuentes cósmicas de rayos gamma. Varios equipos europeos lideran este campo (experimentos H.E.S.S. y MAGIC).

Calendario previsto para la construcción de CTA

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Posible configuración del complejo de CTA para el hemisferio sur, en la que secombinan telescopios de 6, 12 y 24 m de diámetro(no está a escala).

Diseño

Prototipo

Observatorio

www.observatorio-cta.esJunio de 2010