VERITAS (комплекс телескопов)

VERITAS представляет собой массив из четырёх 12-метровых черенковских телескопов, удалённых друг от друга приблизительно на 100 метров.[1] Использование массива телескопов позволяет проводить стереоскопические наблюдения. Такие наблюдения позволяют установить форму атмосферного ливня, что в свою очередь даёт возможность точно устанавливать направление прихода частиц и их энергию. Высокое угловое разрешение обеспечивается поиском на каждом из телескопов центральной оси, вдоль которой распространяется ливень, и отслеживанием этих осей до точки их пересечения. Пересечение этих осей — направление на источник гамма-излучения. Каждый телескоп наблюдает атмосферные ливни в определённой области, что позволяет найти источник ливня.

Каждый телескоп имеет апертуру 12 метров, 350 зеркал на каждой антенне и поле зрения 3,5 градуса. Телескопы построены по оптической схеме Дэвиса-Коттона, в которой используется сферический отражатель. Телескопы, использующие данную оптическую схему легко собирать и выравнивать. Эта схема вызывает небольшой (примерно 4 наносекунды)[2] разброс по времени прихода сигнала. Камера каждого телескопа имеет 499 фотоэлектронных умножителей. Телескопы комплекса VERITAS, как и другие черенковские телескопы, наиболее чувствительны для космических лучей высоких энергий. Диапазон чувствительности составляет от 85 ГэВ до более чем 30 ТэВ. Разрешающая способность телескопа по энергии и углу зависит от энергии падающего гамма-луча. Так, например, при энергии 1 ТэВ разрешающая способность телескопа по энергии составляет приблизительно 17 %, а по углу — 0,08 градусов. Эффективная площадь массива составляет 100 000 м².

Чтобы отличать полезные данные (атмосферные ливни от гамма-лучей) от шума (адронных ливней, звёздного и лунного света, мюонов), VERITAS использует трёхуровневую систему триггеров. Первый уровень — дискриминатор на каждом пикселе, использующем дискриминатор постоянной задержки. Второй уровень — триггер выбора шаблона, который отбирает только вызванные фотонами атмосферные ливни, имеющие компактную форму и случайно распределённые фоновые пульсации. Третий уровень — массив триггеров, которые ищут совпадения на разных телескопах.[3]

Черенковское излучение, произведённое космическими лучами в верхних слоях атмосферы очень слабое, поэтому наблюдения на VERITAS могут вестись только ясной безлунной ночью. Это сокращает время наблюдений до 70—100 часов каждый месяц с сентября по июнь. Муссонный климат делает невозможным работу комплекса телескопов июля по август.

Расположение телескопов VERITAS до и после перемещения

Комплекс VERITAS был построен в качестве черенковского телескопа нового поколения в западном полушарии. Изначально он задумывался как массив из семи телескопов, но построено было только четыре. Устройство телескопов было основано на действующем 10-метровом телескопе Уиппл, расположенном в обсерватории имени Уиппла, однако имело значительные улучшения отражающей оптики, эффективности улавливания света, сигнальных цепей и записывающей электроники. Это был важный шаг от предыдущего поколения телескопов, таких как телескоп Уиппл, HEGRA и черенковский атмосферный телескопе CAT.[2]

После успеха первого телескопа, в январе 2007 была завершена постройка остальных трёх и 27—28 апреля 2007 заработали все четыре телескопа комплекса.[4] Изначально телескопы № 1 и 4 были построены всего в 35 метрах друг от друга, и из-за этого практически дублировали друг друга. Летом 2009 телескоп № 1 в целях улучшения чувствительности был передвинут на новое место. После передвижения чувствительность массива выросла на 30 %, что на 60 % уменьшило время обнаружения источников гамма-излучения.[1] Более того, летом 2012 года все камеры фотоэлектронных умножителей были заменены на более эффективные, что снова улучшило чувствительность, особенно у нижней границы измерительного диапазона.[5]

Все галактические и внегалактические источники гамма-излучения, обнаруженные VERITAS (на 2011 год)

Наблюдения космического излучения на VERITAS позволили тщательнее изучить астрономические объекты, испускающие высокоэнергетическое излучение, такие как:[4]

• Остатки сверхновых
• Пульсары
• Шаровые звёздные скопления
• Активные ядра галактик
• Тёмная материя
• Гамма-всплески
• Космические лучи неопределённого происхождения

Изучение этих объектов продолжается с 2008 года и с тех пор было сделано немало важных научных достижений. В первый год работы VERITAS обнаружил два новых источника ТэВ-частиц, а также произвёл подробные исследования остатков сверхновых.[6]

С 2007 до 2011 года VERITAS проводил наблюдения за Крабовидной туманностью. Были обнаружены гамма-кванты с энергией, превышающей 100 ГэВ, не согласовавшиеся с теоретической моделью пульсаров.

Большое количество времени (примерно 400 часов в год) тратится на наблюдения за примерно 128 активными ядрами галактик. Идентифицировано множество блазаров, а также выполнено глубокое исследование уже известных источников.

Также VERITAS имеет обширную программу по исследованию тёмной материи, в ходе которой проводится поиск косвенных следов гамма-лучей очень высоких энергий, которые должны возникать при аннигиляции частиц тёмной материи. Большая часть этих поисков проводится в галактическом центре и в карликовых спиральных галактиках.[7]

VERITAS поддерживается министерством энергетики США, национальным научным фондом, Смитсоновским институтом, канадским Cоветом по естественным наукам и инженерным исследованиям (NSERC), научным фондом Ирландии (SFI), Исследовательским советом физики частиц и астрономии (PPARC).

Коллаборация состоит из нескольких участников и других сотрудничающих учреждений.

• Гамма-телескоп
• Гамма-астрономия
• MAGIC (телескоп)
• H.E.S.S.
• Тункинский эксперимент
• Массив черенковских телескопов

1. Perkins, Jeremy S.; Maier, Gernot & The VERITAS Collaboration (2009), VERITAS Telescope 1 Relocation: Details and Improvements, arΧiv:0912.3841 [astro-ph.IM]
2. Krennrich, F.; Bond, I. H.; Boyle, P. J.; Bradbury, S. M.; Buckley, J. H.; Carter-Lewis, D.; Celik, O.; Cui, W.; Daniel, M.; d'Vali, M.; de la Calle Perez, I.; Duke, C.; Falcone, A.; Fegan, D. J.; Fegan, S. J.; Finley, J. P.; Fortson, L. F.; Gaidos, J.; Gammell, S.; Gibbs, K.; Gillanders, G. H.; Grube, J.; Hall, J.; Hall, T. A.; Hanna, D.; Hillas, A. M.; Holder, J.; Horan, D.; Jarvis, A.; Jordan, M. VERITAS: The Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (англ.) // New Astronomy Reviews : journal. — 2004. — Vol. 48, no. 5—6. — P. 345. — doi:10.1016/j.newar.2003.12.050. — .
3. Weekes, T. C.; Badran, H.; Biller, S. D.; Bond, I.; Bradbury, S.; Buckley, J.; Carter-Lewis, D.; Catanese, M.; Criswell, S.; Cui, W.; Dowkontt, P.; Duke, C.; Fegan, D. J.; Finley, J.; Fortson, L.; Gaidos, J.; Gillanders, G. H.; Grindlay, J.; Hall, T. A.; Harris, K.; Hillas, A. M.; Kaaret, P.; Kertzman, M.; Kieda, D.; Krennrich, F.; Lang, M. J.; Lebohec, S.; Lessard, R.; Lloyd-Evans, J.; Knapp, J. VERITAS: The Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (англ.) // Astroparticle Physics : journal. — 2002. — Vol. 17, no. 2. — P. 221. — doi:10.1016/S0927-6505(01)00152-9. — . — arXiv:astro-ph/0108478.
4. VERITAS Homepage (неопр.). Smithsonian Astrophysical Observatory. Дата обращения: 13 апреля 2015.
5. David; Kieda. Status of the VERITAS Upgrade // Proceedings of the 32nd International Cosmic Ray Conference (ICRC2011). — 2011. — Т. 9. — С. 14. — doi:10.7529/ICRC2011/V09/0343. — . — arXiv:1110.4360.
6. Holder, J.; Acciari, V. A.; Aliu, E.; Arlen, T.; Beilicke, M.; Benbow, W.; Bradbury, S. M.; Buckley, J. H.; Bugaev, V.; Butt, Y.; Byrum, K. L.; Cannon, A.; Celik, O.; Cesarini, A.; Ciupik, L.; Chow, Y. C. K.; Cogan, P.; Colin, P.; Cui, W.; Daniel, M. K.; Ergin, T.; Falcone, A. D.; Fegan, S. J.; Finley, J. P.; Finnegan, G.; Fortin, P.; Fortson, L. F.; Furniss, A.; Gillanders, G. H.; Grube, J. Status of the VERITAS Observatory // AIP Conference Proceedings. — 2008. — С. 657. — doi:10.1063/1.3076760.
7. Galante, Nicola; for the VERITAS Collaboration. Status and Highlights of VERITAS. — 2012. — Т. AIP Conference Proceedings. — С. 202. — doi:10.1063/1.4772234. — arXiv:1210.5480.