Обсерватория Пьера Оже
 Здание управления в Маларгуэ | |
| Назван в честь | Пьер Виктор Оже  |
|---|---|
| Местоположение(а) | Маларгюэ Провинция Мендоса , Аргентина |
| Координаты | 35 ° 12'24 "ю.ш. 69 ° 18'57" з.д. / 35,20667 ° ю.ш. 69,31583 ° з.д. |
| Организация | Многонациональный |
| Код обсерватории | I47 |
| Высота | 1330–1620 м, в среднем ~1400 м. |
| Длина волны | 330–380 нм УФ (детектор флуоресценции), 10 17 –10 21 Космические лучи эВ (Поверхностный детектор) |
| Построен | 2004–2008 гг. (и сбор данных во время строительства) |
| Стиль телескопа | Гибрид (поверхностные + детекторы флуоресценции) |
| Веб-сайт | Официальный сайт |
  Расположение обсерватории Пьера Оже | |
 Соответствующие СМИ на сайте Commons | |
Обсерватория Пьера Оже — это международная обсерватория космических лучей в Аргентине, предназначенная для обнаружения космических лучей сверхвысокой энергии : субатомных частиц, движущихся почти со скоростью света, каждая из которых имеет энергию выше 10 18 эВ . В атмосфере Земли такие частицы взаимодействуют с ядрами воздуха и производят различные другие частицы. Эти эффектные частицы (так называемые « воздушные ливни ») можно обнаружить и измерить. Но поскольку скорость прибытия этих частиц высокой энергии составляет всего 1 на км 2 в столетие Оже-обсерватория создала зону обнаружения площадью 3000 км2. 2 (1200 квадратных миль) — размером с Род-Айленд или Люксембург — чтобы зафиксировать большое количество этих событий. Он расположен в западной провинции Мендоса , Аргентина , недалеко от Анд .
Строительство началось в 2000 году. [1] обсерватория собирает данные производственного уровня с 2005 года и была официально завершена в 2008 году. Северная площадка должна была быть расположена на юго-востоке Колорадо, США, и размещаться на территории муниципального колледжа Ламара. Он также должен был состоять из водно-черенковских детекторов и флуоресцентных телескопов, охватывающих территорию площадью 10 370 км2. 2 — в 3,3 раза больше, чем Оже-Саут.
Обсерватория была названа в честь французского физика Пьера Виктора Оже . Проект был предложен Джимом Кронином и Аланом Уотсоном в 1992 году. Сегодня в нем участвуют более 500 физиков из почти 100 институтов по всему миру. [2] сотрудничают в обслуживании и обновлении объекта в Аргентине, а также в сборе и анализе данных измерений. 15 стран-участниц разделили бюджет строительства в размере 50 миллионов долларов, каждая из которых обеспечила небольшую часть общей стоимости.
Физический фон [ править ]
Из космоса на Землю достигают космические лучи сверхвысоких энергий. Они состоят из отдельных субатомных частиц ( протонов или атомных ядер ), каждая из которых имеет энергетические уровни выше 10. 18 эВ . Когда такая единственная частица достигает атмосферы Земли, ее энергия рассеивается, создавая миллиарды других частиц: электронов , фотонов и мюонов , скорость которых близка к скорости света. Эти частицы распространяются в продольном направлении (перпендикулярно маршруту поступления одной частицы), создавая движущуюся вперед плоскость частиц с более высокой интенсивностью вблизи оси. Такое происшествие называется « воздушным ливнем ». Проходя через атмосферу, эта плоскость частиц создает ультрафиолетовый свет, невидимый для человеческого глаза, называемый флуоресцентным эффектом, более или менее напоминающий узор прямых следов молнии. Эти следы можно сфотографировать на высокой скорости с помощью специализированных телескопов, называемых детекторами флуоресценции, которые обследуют территорию на небольшой высоте. Затем, когда частицы достигают поверхности Земли, их можно обнаружить, когда они попадают в резервуар с водой, где они вызывают видимый синий свет из-за эффекта Черенкова . Чувствительная фотоэлектрическая трубка может уловить эти удары. Такая станция называется водочеренковским детектором или «резервуаром». Обсерватория Оже оснащена детекторами обоих типов, охватывающими одну и ту же площадь, что позволяет проводить очень точные измерения.
Когда воздушный ливень попадает на несколько черенковских детекторов на земле, направление луча можно рассчитать, используя базовые геометрические понятия. Точку продольной оси можно определить по плотности на каждой затронутой наземной станции. В зависимости от разницы во времени мест ударов можно определить угол оси. Только когда ось будет вертикальной, все наземные детекторы регистрируют один и тот же момент времени, и любой наклон оси приведет к разнице во времени между самым ранним и последним приземлением. [3]
Ранние обсерватории [ править ]
Космические лучи были открыты в 1912 году Виктором Гессом . Он измерил разницу в ионизации на разных высотах (с помощью Эйфелевой башни и воздушного шара, пилотируемого Гессом), что является показателем истончения атмосферы (такого распространения ) одного луча. Влияние Солнца было исключено путем измерений во время затмения. Многие ученые исследовали это явление, иногда независимо, и в 1937 году Пьер Оже смог подробно заключить, что это был одиночный луч, который взаимодействовал с ядрами воздуха, вызывая воздушный ливень электронов и фотонов. В то же время была открыта третья частица-мюон (ведущая себя как очень тяжелый электрон).
Обзор [ править ]
Поверхностный детектор (SD) [ править ]
В 1967 году Университет Лидса разработал детектор воды-Черенкова (или наземную станцию ; небольшой водный бассейн глубиной 1,2 м; также называемый резервуаром ) и создал 12-километровый детектор. 2 зона обнаружения парка Хавера с использованием 200 таких танков. Они были расположены группами по четыре человека в форме треугольника (Y), треугольники разных размеров. Обсерватория проработала 20 лет и разработала основные расчетные параметры наземной системы обнаружения обсерватории Оже. Именно Алан Уотсон в последующие годы возглавил исследовательскую группу и впоследствии стал одним из инициаторов сотрудничества обсерватории Оже.
Детектор флуоресценции (ФД) [ править ]
Между тем, с ранчо вулкана (Нью-Мексико, 1959–1978 гг.), Fly's Eye ( Дагвей, Юта ) и его преемника - детектора космических лучей Fly's Eye высокого разрешения под названием "HiRes" или "Fly's Eye" ( Университет Юты ) была разработана методика детектора флуоресценции . Это оптические телескопы, приспособленные для изображения лучей ультрафиолетового света при взгляде на поверхность. Он использует фасетное наблюдение (отсюда и ссылка на глаз мухи) для создания пиксельных изображений на высокой скорости. В 1992 году Джеймс Кронин возглавил исследование и стал одним из инициаторов сотрудничества по наблюдениям Оже.
Проектирование и строительство [ править ]
Обсерватория Пьера Оже уникальна тем, что это первый эксперимент, который объединяет наземные детекторы и детекторы флуоресценции в одном месте, что позволяет проводить перекрестную калибровку и уменьшать систематические эффекты, которые могут быть свойственны каждому методу. Черенковские детекторы используют три большие фотоумножительные трубки для обнаружения черенковского излучения, создаваемого частицами высокой энергии, проходящими через воду в резервуаре. Время прибытия частиц высокой энергии из одного ливня в несколько резервуаров используется для расчета направления движения исходной частицы. Детекторы флуоресценции используются для отслеживания свечения воздушного потока частиц в безоблачные безлунные ночи, когда он спускается через атмосферу.
В 1995 году в Фермилабе в Чикаго был разработан базовый проект обсерватории Оже. В течение полугода многие ученые составляли основные требования и оценку стоимости проектируемого Оже. [3] Площадь обсерватории пришлось сократить с 5000 км2. 2 до 3000 км 2 .
Когда началось строительство, сначала был создан полномасштабный прототип: Инженерный массив. Этот массив состоял из первых 40 наземных детекторов и одного детектора флуоресценции. Все были полностью оборудованы. В 2001 году инженерный комплекс проработал 6 месяцев в качестве прототипа; Позже он был интегрирован в основную установку. Он использовался для более детального выбора конструкции (например, какой тип фотоумножителя (ФЭУ) использовать и требования к качеству воды в резервуаре) и для калибровки. [4]
В 2003 году он стал крупнейшим космических лучей сверхвысокой энергии в мире детектором . Он расположен на обширной равнине Пампа-Амарилья , недалеко от города Маларгуэ в провинции Мендоса , Аргентина . Базовая установка состоит из 1600 черенковских детекторов воды или «резервуаров» (аналогично эксперименту в Хавера-парке ), распределенных на площади 3000 квадратных километров (1200 квадратных миль), а также 24 атмосферных телескопов с детекторами флуоресценции (FD; аналогичны телескопу высокого разрешения). Fly's Eye ), наблюдающий за наземным массивом.
Для поддержки атмосферных измерений (ФД измерений) на сайт добавлены опорные станции:
- Станция Центральной лазерной установки (CLF)
- Экстремальная лазерная установка (XLF)
- Также работают четыре станции обнаружения флуоресценции: лидар, инфракрасное обнаружение облаков (ИК-камера), метеостанция, мониторы фазовой функции аэрозоля (APF; 2 из четырех), оптические телескопы HAM (один) и FRAM (один).
- Станция запуска воздушных шаров (BLS): до декабря 2010 года, через несколько часов после заметного ливня, запускался метеорологический шар-зонд для регистрации атмосферных данных на высоте до 23 км. [5]
Локации [ править ]
| Станция | Тип | Расположение |
|---|---|---|
| Массив наземных станций | 1600 станций наземного обнаружения (СД) (центр области) | 35 ° 12'24 "ю.ш. 69 ° 18'57" з.д. / 35,20675 ° ю.ш. 69,31597 ° з.д. |
| Львы | 6 детекторов флуоресценции | 35 ° 29'45 "ю.ш. 69 ° 26'59" з.д. / 35,49584 ° ю.ш. 69,44979 ° з.д. |
| Фиолетовые | 6 детекторов флуоресценции | 35 ° 16'52 "ю.ш. 69 ° 00'13" з.д. / 35,28108 ° ю.ш. 69,00349 ° з.д. |
| Желтый холм | 6 детекторов флуоресценции | 34 ° 56'09 "ю.ш. 69 ° 12'39" з.д. / 34,93597 ° ю.ш. 69,21084 ° з.д. |
| Койуэко | 6 детекторов флуоресценции | 35 ° 06'51 "ю.ш. 69 ° 35'59" з.д. / 35,11409 ° ю.ш. 69,59975 ° з.д. |
| Кампус обсерватории | центральный офис | 35 ° 28'51 "ю.ш. 69 ° 34'14" з.д. / 35,48084 ° ю.ш. 69,57052 ° з.д. |
| Маларгюэ | город | 35 ° 28'06 "ю.ш. 69 ° 35'05" з.д. / 35,46844 ° ю.ш. 69,58478 ° з.д. |
Результаты [ править ]
Обсерватория собирает данные хорошего качества с 2005 года и была официально завершена в 2008 году.
В ноябре 2007 года команда проекта Auger объявила некоторые предварительные результаты. Они показали, что направления возникновения 27 событий с самой высокой энергией коррелировали с расположением активных ядер галактик (АЯГ). [6] Однако последующий тест с гораздо большей выборкой данных показал, что большая степень первоначально наблюдаемой корреляции, скорее всего, была вызвана статистическими колебаниями. [7]
В 2017 году данные 12-летних наблюдений позволили обнаружить значительную анизотропию направления прихода космических лучей при энергиях выше 8 × 10 18 эВ . Это подтверждает наличие внегалактических источников (т.е. за пределами нашей галактики ) происхождения этих космических лучей чрезвычайно высокой энергии (см. Космические лучи сверхвысокой энергии ). [8] Однако пока неизвестно, какой тип галактик отвечает за ускорение этих космических лучей сверхвысокой энергии. Этот вопрос остается в стадии изучения в связи с модернизацией AugerPrime обсерватории Пьера Оже.
Сотрудничество Пьера Оже предоставило (для информационных целей) 1 процент событий с наземной антенной решеткой ниже 50 ЭэВ ( 10 18 эВ ). События с более высокими энергиями требуют более тщательного физического анализа и не публикуются таким образом. Данные можно просмотреть на веб-сайте Public Event Display .
По состоянию на октябрь 2021 года часть данных (10 процентов), представленных на Международной конференции по космическим лучам 2019 года в Мэдисоне, США, является общедоступной. [9]
События [ править ]
Были проведены исследования и разработки новых методов обнаружения и ( [ когда? ] к [ когда? ] ) [ нужна ссылка ] о возможных модернизациях обсерватории, в том числе:
- три дополнительных телескопа для обнаружения флуоресценции, способных охватывать большие высоты (HEAT — High Elevation Auger Telescopes )
- два вложенных массива поверхностных детекторов более высокой плотности в сочетании с подземными счетчиками мюонов (AMIGA — Auger Muons и Infill для наземного массива )
- прототип радиотелескопической установки (AERA — Auger Engineering Radio Array ) для регистрации радиоизлучения ливневого каскада в диапазоне частот 30–80 МГц
- НИОКР по обнаружению микроволнового излучения ливневых электронов (частоты около 4 ГГц)
Обновление AugerPrime [ править ]
AugerPrime — это масштабная модернизация строящейся с 2019 года обсерватории Пьера Оже:
- поверхностные детекторы будут дополнены сцинтилляционными детекторами и радиоантеннами
- рабочий цикл измерений FD будет расширен для самых высоких энергий и будет включать ночи с лунным светом
- АМИГА будет завершена: в 20 км. 2 плотно расположенная зона наземного детектора, каждый наземный детектор будет оснащен подземными мюонными детекторами
Все эти улучшения направлены на повышение точности измерений обсерватории Пьера Оже, в частности, массы первичных частиц космических лучей.
В популярной культуре [ править ]
Аргентина выпустила 100 000 почтовых марок в честь обсерватории 14 июля 2007 года. На марке изображен резервуар с поверхностным детектором на переднем плане, здание флуоресцентных детекторов на заднем плане и выражение « 10 20 эВ » крупным шрифтом. [10] [11]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ «Вести от 20.12.13» . Архивировано из оригинала 12 ноября 2007 г. Проверено 9 ноября 2007 г.
- ^ Сотрудничество Пьера Оже: сотрудники по учреждениям
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Сотрудничество Оже (31 октября 1995 г.). «Отчет о проекте Пьера Оже» (PDF) . Национальная ускорительная лаборатория имени Ферми . Проверено 13 июня 2013 г.
- ^ Авраам, Дж.; и др. (2004). «Свойства и характеристики прототипа прибора для обсерватории Пьера Оже» (PDF) . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 523 (1–2): 50–95. Бибкод : 2004NIMPA.523...50A . CiteSeerX 10.1.1.136.9392 . дои : 10.1016/j.nima.2003.12.012 . S2CID 120233167 . Архивировано из оригинала (PDF) 5 декабря 2012 г. Проверено 13 июня 2013 г.
- ^ Луедек, Карим (2011). «Мониторинг атмосферы в обсерватории Пьера Оже – состояние и обновления» (PDF) . Международная конференция по космическим лучам . 2 : 63. Бибкод : 2011ICRC....2...63L . дои : 10.7529/ICRC2011/V02/0568 . Проверено 12 июня 2013 г.
- ^ Научный журнал; 9 ноября 2007 г.; Сотрудничество Пьера Оже и др., стр. 938–943.
- ^ Астрофиз.Дж. 804 (2015) №1, 15
- ^ «Исследование подтверждает, что космические лучи имеют внегалактическое происхождение» . ЭврекАлерт! . Проверено 22 сентября 2017 г.
- ^ «Открытые данные Оже» . Сотрудничество Оже . Проверено 2 декабря 2022 г.
- ^ Аналия Хименес (21 июля 2007 г.). «Лаборатория молний путешествует по миру на марке» (на испанском языке). ООН Газета МЕНДОСА . Проверено 16 июня 2011 г.
- ^ «Обсерватория Пьера Оже» (на испанском языке). Форум Филателии Аргентины. 29 июля 2007 года. Архивировано из оригинала 6 июля 2011 года . Проверено 16 июня 2011 г.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Корреляция космических лучей самых высоких энергий с близлежащими внегалактическими объектами : Наука 2007 (требуется подписка). Препринт Arxiv (бесплатный, но не официальный).
- Пусть идет дождь, симметрия , февраль 2005 г.
Внешние ссылки [ править ]
- Официальный сайт
- Показ общественных мероприятий
- Веб-сайт Южного сайта (испанский и английский)
- Сайт обсерватории на Flickr
- COSMUS – визуальные эффекты для PAO: включает фильмы, анимированные 3D-модели потоков космических лучей над участком Маларгуэ и стереофотографии.
- ASPERA Европейская сеть по физике астрочастиц
- Astroarticle.org - Европейский портал по физике астрочастиц.
- Обнаружение космических лучей: обсерватория Оже и передовая наука – интервью с Анджелой Олинто (видео)
