Center za astrofiziko in kozmologijo

Polje Teleskopov Čerenkova (CTA)


Raziskave kozmičnih gama žarkov visokih energij (VHE) v energijskem območju GeV-TeV so najpomembnejši izvor informacij o netermalni sliki vesolja, saj fotoni v tem energijskem območju po predvidevanjih nastajajo kot sekundarni produkti pospeševanja kozmičnih žarkov ekstremnih energij (UHECR) in pri njihovih neelastičnih interakcijah s snovjo med razširjanjem. V nasprotju z nabitimi kozmičnimi žarki, galaktična in medgalaktična magnetna polja gama žarkov ne odklanjajo, kar nam omogoča njihovo sledenje do mesta nastanka. Zaradi močne povezave pojavov VHE in UHECR nam raziskave na področju VHE astronomije prinašajo dodatne odgovore na odprta vprašanja pri raziskavah UHECR in so naravno nadaljevanje in nadgradnja neposrednega iskanja njihovih izvorov.


Fluks VHE gama žarkov strmo pada z energijo, kar zaradi njihove redkosti onemogoča njihovo opazovanje z relativno majhnimi satelitskimi detektorji, kot je Fermi-LAT. Zaznavamo jih lahko z uporabo atmosfere kot detektoskega medija, pri čemer izkoristimo pojav bliskov Čerenkove svetlobe, nastalih pri atmosferskih plazovih sekundarnih delcev, ki so posledica interakcij primarnih gama žarkov z atomskimi jedri plinov v atmosferi. Šibke svetlobne bliske zaznamo z obširnimi polji vzorčevalnih Čerenkovih teleskopov (IACTs), ki z sistemom zrcal zbirajo Čerenkovo svetlobo in jo usmerjajo na površino kamere znortaj vsakega teleskopa, ki je sestavljena iz fotopomnoževalk. V zadnjem desetletju so eksperimenti, ki temeljijo na uporabi IACTs – H.E.S.S., MAGIC in VERITAS, tako v naši kot v drugih galaksijah odkrili veliko število pojavov, ki oddajajo VHE gama žarke in s tem utrdili astronomijo z VHE gama žarki kot ustaljeno vejo astrofizike.


Pri zasnovi in načrtovanju novega observatorija za gama astronomijo z imenom Polje Teleskopov Čerenkova oziroma Cherenkov Telescope Array (CTA) raziskovalci Centra za astrofiziko in kozmologijo Univerze v Novi Gorici in Odseka za eksperimentalno fiziko osnovnih delcev Instituta Jožef Stefan (Christopher Eckner, prof. dr. Andrej Filipčič, Gašper Kukec Mezek, prof. dr. Samo Stanič, doc. dr. Sergey Vorobyev, doc. dr. Gabrijela Zaharijaš, doc. dr. Lili Yang, prof. dr. Danilo Zavrtanik, prof. dr. Marko Zavrtanik, in Lukas Zehrer) v družbi več kot 1350 raziskovalcev iz 32 držav sodelujemo že od leta 2010 dalje.


Observatorij CTA bo sestavljen iz dveh delov: severni del bo zgrajen v La Palmi (Kanarski otoki, Španija), južni pa v kraju Paranal (puščava Atacama, Čile). Observatorij CTA na La Palmi bo zgrajen na nadmorski višini okoli 2200 m, kjer so praktično vse leto idealni pogoji za opazovanje, brez onesnaženja in turbulenc, observatorij CTA v Čilu pa bo v neposredni bližini Evropskega južnega observatorija (ESO), kjer bo lahko poleg idealnih opazovalnih pogojev izkoristil tudi obstoječo infrastrukturo ESO. Prvi teleskop Čerenkove svetlobe na La Palmi je bil postavljen v decembru 2017.

S partnerji iz Italije je naša skupina vpeta v razvoj polprevodniških detektorjev svetlobe za teleskope Čerenkova, bo z raziskavami in razvojem v svojih laboratorijih v Sloveniji prispevala k razvoju in izdelavi detektorskih sklopov ter k izgradnji samega observatorija.

Podrobne in sistematske raziskave oddaljenega vesolja s kozmičnimi gama žarki z energijami med 20 GeV to 300 TeV (najvišja energija delcev v velikem hadronskem trkalniku LHC v CERNu je 8 TeV) bodo bistveno prispevale tako k razumevanju mehanizmov nastanka gama žarkov in kozmičnih delcev ekstremnih energij v bližini črnih lukenj kot tudi k iskanju temne snovi in do sedaj neznanih oblik materije.