Обсерватория Пьера Оже - Pierre Auger Observatory

Обсерватория Пьера Оже

Контрольное здание в Маларгуэ
Названный в честь	Пьер Виктор Оже
Местоположение (а)	Маларгуэ, Департамент Маларгуэ, Провинция Мендоса, Аргентина
Координаты	35 ° 12′24 ″ ю.ш. 69 ° 18′57 ″ з.д. / 35.20667 ° ю.ш.69.31583 ° з. / -35.20667; -69.31583
Организация	Многонациональный
Высота	1330 м – 1620 м, в среднем ~ 1400 м
Длина волны	330–380 нм УФ (флуоресцентный детектор), 10^17–10^21 космические лучи (эВ) (поверхностный детектор)
Построен	2004–2008 (и сбор данных во время строительства)
Стиль телескопа	Гибрид (детекторы поверхности + флуоресценции)
Интернет сайт	Официальный сайт
Расположение обсерватории Пьера Оже
Связанные СМИ на Викискладе?

В Обсерватория Пьера Оже международный обсерватория космических лучей в Аргентине предназначены для обнаружения космические лучи сверхвысокой энергии: субатомные частицы движутся почти со скоростью света, и каждая имеет энергию выше 10¹⁸ эВ. В атмосфере Земли такие частицы взаимодействуют с ядрами воздуха и производят различные другие частицы. Эти частицы эффекта (так называемые "воздушный душ ") могут быть обнаружены и измерены. Но поскольку эти частицы высокой энергии имеют расчетную скорость прибытия всего 1 на км² в столетие Обсерватория Оже создала зону обнаружения в 3000 км² (1200 квадратных миль) - размер Род-Айленд, или же Люксембург —Для того, чтобы зафиксировать большое количество этих событий. Он расположен в западной Провинция Мендоса, Аргентина, недалеко от Анды.

Строительство началось в 2000 г.^[1] обсерватория собирала данные производственного уровня с 2005 года и была официально завершена в 2008 году. Северная площадка должна была быть расположена на юго-востоке штата Колорадо, США, и находиться на территории муниципального колледжа Ламар. Он также должен был состоять из водно-черенковских детекторов и флуоресцентных телескопов, покрывая площадь 10 370 км2.²—3,3 раза больше, чем Южный Оже.

Обсерватория носит имя французского физика. Пьер Виктор Оже. Проект предложили Джим Кронин и Алан Уотсон в 1992 году. Сегодня более 500 физики из почти 100 учреждений по всему миру^[2] сотрудничают в обслуживании и обновлении сайта в Аргентине, а также в сборе и анализе данных измерений. 15 стран-участниц разделили бюджет строительства в размере 50 миллионов долларов, каждая из которых покрывает небольшую часть общей стоимости.

Физический фон

Из космоса на Землю достигают космические лучи сверхвысокой энергии. Они состоят из одного субатомные частицы (протоны или же атомные ядра ), каждый с уровнем энергии выше 10¹⁸ эВ. Когда такая одиночная частица достигает атмосферы Земли, ее энергия рассеивается, создавая миллиарды других частиц: электроны, фотоны и мюоны, все около скорости света. Эти частицы распространяются в продольном направлении (перпендикулярно пути входа отдельной частицы), создавая движущуюся вперед плоскость частиц с большей интенсивностью около оси. Такой инцидент называется "воздушный душ ". Проходя через атмосферу, эта плоскость частиц создает невидимый человеческому глазу ультрафиолетовый свет, называемый флуоресцентным эффектом, более или менее похожий на рисунок прямых следов молний. Эти следы можно сфотографировать на высокой скорости с помощью специальных телескопов, называемых Флуоресцентные детекторы, обращенные к местности 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 Эффект Черенкова. Чувствительная фотоэлектрическая трубка может уловить эти удары. Такая станция называется водо-черенковским детектором или «резервуаром». Обсерватория Оже имеет оба типа детекторов, охватывающих одну и ту же площадь, что позволяет проводить очень точные измерения.

Когда воздушный поток попадает на несколько черенковских детекторов на земле, направление луча можно рассчитать, используя базовые геометрические параметры. Точка продольной оси может быть определена из плотности на каждой затронутой наземной станции. В зависимости от Разница во времени мест ударов можно определить угол наклона оси. Только когда ось будет вертикальной, все наземные детекторы регистрируются в один и тот же момент времени, и любой наклон оси вызовет разницу во времени между самым ранним и последним приземлением.^[3]

Ранее обсерватории

Основная статья: Обсерватория космических лучей

Космические лучи были открыты в 1912 году Виктор Гесс. Он измерил разницу в ионизации на разных высотах (используя Эйфелеву башню и управляемый Гессом воздушный шар), что свидетельствует об истончении атмосферы (так распространение) одного луча. Влияние Солнца было исключено измерениями во время затмения. Многие ученые исследовали это явление, иногда независимо, и в 1937 г. Пьер Оже можно было детально заключить, что это был одиночный луч, который взаимодействовал с ядрами воздуха, вызывая воздушный поток электронов и фотонов. В то же время был обнаружен мюон третьей частицы (ведущий себя как очень тяжелый электрон).

Обзор

Детектор поверхности (SD)

Станция поверхностного детектора (SD) или «резервуар» обсерватории Пьера Оже.

В 1967 г. Университет Лидса разработал водныйЧеренковский детектор (или же наземная станция; небольшой водоем глубиной 1,2 м; также называемый бак) и создал 12 км² зона обнаружения Хавера Парк используя 200 таких танков. Они были расположены группами по четыре человека в форме треугольника (Y), причем треугольники были разных размеров. Обсерватория проработала 20 лет и произвела основные проектные параметры для наземной системы обнаружения в обсерватории Оже. Это было Алан Уотсон который в последующие годы возглавил исследовательскую группу и впоследствии стал одним из инициаторов сотрудничества с обсерваторией Оже.

Детектор флуоресценции (FD)

Здание Центрального кампуса в г. Маларгуэ.

Вид сзади на наземную детекторную станцию.

Одно из четырех зданий с флуоресцентным детектором (FD).

Станция SD и антенна AERA на переднем плане, одно здание FD и три телескопа HEAT на заднем плане.

Антенна AERA с Анды на заднем фоне

Между тем из Вулкан Ранч (Нью-Мексико, 1959–1978), Глаз мухи (Дагуэй, Юта ) и его преемник Детектор космических лучей высокого разрешения Fly's Eye называется «HiRes» или «Fly's Eye» (Университет Юты ), техника флуоресценция детектор был разработан. Это оптические телескопы, приспособленные для отображения лучей ультрафиолетового света при взгляде на поверхность. Он использует фасетное наблюдение (отсюда и ориентир взгляда мухи) для получения пиксельных изображений на высокой скорости. В 1992 г. Джеймс Кронин возглавил исследование и стал одним из инициаторов сотрудничества по наблюдению за Оже.

Проектирование и строительство

Обсерватория Пьера Оже уникальна тем, что это первый эксперимент, который сочетает в себе наземные детекторы и детекторы флуоресценции в одном месте, что позволяет производить перекрестную калибровку и снижение систематических эффектов, которые могут быть характерны для каждого метода. В черенковских детекторах используются три больших фотоэлектронных умножителя для обнаружения Черенковское излучение производится частицами высокой энергии, проходящими через воду в резервуаре. Время прибытия высокоэнергетических частиц из одного и того же ливня в несколько резервуаров используется для вычисления 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, Чикаго, был разработан базовый проект обсерватории Оже. За полгода многие ученые составили основные требования и оценку стоимости проектируемого Auger.^[3] Площадь обсерватории пришлось сократить с 5000 км.² до 3000 км².

Когда началось строительство, сначала был создан полномасштабный прототип: Engineering Array. Эта матрица состояла из первых 40 наземных детекторов и одного детектора флуоресценции. Все были полностью оборудованы. В 2001 году инженерный массив проработал 6 месяцев в качестве прототипа; Позже он был интегрирован в основную установку. Он использовался для более детального выбора дизайна (например, какой тип фотоумножитель (PMT) для использования и требований к качеству воды в резервуаре) и для калибровки.^[4]

В 2003 году он стал крупнейшим космические лучи сверхвысокой энергии детектор в мире. Он расположен на обширной равнине Пампа Амарилла, недалеко от города Маларгуэ в Провинция Мендоса, Аргентина. Базовая установка состоит из 1600 водяные черенковские детекторы или «танки» (аналогично Хавера Парк эксперимент ) распределены на 3000 квадратных километров (1200 квадратных миль), а также 24 атмосферных Детектор флуоресценции телескопы (FD; аналог Глаз мухи высокого разрешения ) наблюдение за массивом поверхностей.

Для поддержки атмосферных измерений (измерения FD) на сайт добавлены вспомогательные станции:

• Центральная лазерная станция (ЦЛФ)
• Экстремальная лазерная установка (XLF)
• Также работают четыре станции детекторов 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 в течение нескольких часов после сильного ливня был запущен метеорологический шар для регистрации атмосферных данных на высоте до 23 км.^[5]

Локации

Станция	Тип	Место расположения
Массив наземных станций	1600 станций обнаружения поверхности (SD) (центральная точка области)	35 ° 12′24 ″ ю.ш. 69 ° 18′57 ″ з.д. / 35.20675 ° ю.ш.69.31597 ° з. / -35.20675; -69.31597 (площадь наземных станций (центральная точка 1600 наземных извещателей))Координаты: 35 ° 12′24 ″ ю.ш. 69 ° 18′57 ″ з.д. / 35.20675 ° ю.ш.69.31597 ° з. / -35.20675; -69.31597 (площадь наземных станций (центральная точка 1600 наземных извещателей))
Los Leones	6 детекторов флуоресценции	35 ° 29′45 ″ ю.ш. 69 ° 26′59 ″ з.д. / 35,49584 ° ю.ш. 69,44979 ° з.д. / -35.49584; -69.44979 (Лос-Леонес (6 FD))
Морадос	6 детекторов флуоресценции	35 ° 16′52 ″ ю.ш. 69 ° 00′13 ″ з.д. / 35,28 · 108 ° ю.ш. 69,00349 ° з.д. / -35.28108; -69.00349 (Морадос (6 FD))
Лома Амарилла	6 детекторов флуоресценции	34 ° 56′09 ″ ю.ш. 69 ° 12′39 ″ з.д. / 34,93597 ° ю.ш. 69,21084 ° з.д. / -34.93597; -69.21084 (Лома Амарилла (6 FD))
Coihueco	6 детекторов флуоресценции	35 ° 06′51 ″ ю.ш. 69 ° 35′59 ″ з.д. / 35,11409 ° ю.ш. 69,59975 ° з.д. / -35.11409; -69.59975 (Койуэко (6 FD))
Кампус обсерватории	Центральный офис	35 ° 28′51 ″ ю.ш. 69 ° 34′14 ″ з.д. / 35,48084 ° ю.ш. 69,57052 ° з.д. / -35.48084; -69.57052 (Кампус обсерватории)
Маларгуэ	город	35 ° 28′06 ″ ю.ш. 69 ° 35′05 ″ з.д. / 35,46844 ° ю.ш.69,58478 ° з.д. / -35.46844; -69.58478 (Маларгуэ)
Карта координат этого участка, или показать, используя: OpenStreetMap   Скачать координаты как: KML  · GPX

Полученные результаты

Обсерватория была получение качественных данных с 2005 года и был официально завершен в 2008 году.

В ноябре 2007 года команда проекта Auger объявила некоторые предварительные результаты. Они показали, что направления происхождения 27 событий с наивысшей энергией коррелировали с местоположением активные галактические ядра (AGN).^[6] Последующий тест с гораздо большей выборкой данных показал, однако, что большая степень первоначально наблюдаемой корреляции, скорее всего, была вызвана статистическими колебаниями.^[7]

В 2017 году данные 12-летних наблюдений позволили открыть значительный анизотропия направления прибытия космические лучи при энергиях выше ${\displaystyle 8\cdot 10^{18}\,\mathrm {eV} }$. Это подтверждает, что внегалактические источники (т.е. наша галактика ) относительно происхождения этих космических лучей чрезвычайно высоких энергий (см. Космические лучи сверхвысокой энергии ).^[8]Однако пока не известно, какой тип галактик ответственен за ускорение этих космических лучей сверхвысокой энергии. Этот вопрос остается предметом исследования в связи с модернизацией AugerPrime обсерватории Пьера Оже.

Сотрудничество Пьера Оже предоставило (для информационных целей) 1 процент событий наземных массивов ниже 50 ЭэВ (10¹⁸ эВ). События с более высокой энергией требуют большего физического анализа и не публикуются таким образом. Данные можно изучить на Отображение публичных мероприятий интернет сайт.

События

Исследования и разработки проводились по новым методам обнаружения и (^{[когда? ]} к^{[когда? ]})^{[нужна цитата ]} о возможных улучшениях обсерватории, включая:

• три дополнительных флуоресцентных телескопа, способных покрывать большие высоты (HEAT—Шнековые телескопы с большой высотой )
• две вложенные группы поверхностных детекторов с более высокой плотностью в сочетании с подземными счетчиками мюонов (AMIGA—Оже-мюоны и заполнение наземной решетки )
• прототип массива радиотелескопов (AERA—Радиомассив Auger Engineering ) для регистрации радиоизлучения от ливневого каскада в диапазоне частот 30–80 МГц
• НИОКР по обнаружению микроволнового излучения электронов ливня (частоты около 4 ГГц)

Обновление AugerPrime

AugerPrime - это крупная модернизация обсерватории Пьера Оже, которая строится с 2019 года:

• наземные детекторы будут дополнены сцинтилляционными детекторами и радиоантеннами.
• рабочий цикл измерений FD будет расширен для самых высоких энергий, чтобы включить ночи с лунным светом
• AMIGA будет завершена: через 20 км.² плотно расположенная зона поверхностного детектора, каждый поверхностный детектор будет оборудован подземными мюонными детекторами

Все эти улучшения направлены на повышение точности измерений обсерваторией Пьера Оже, в частности, для массы первичных частиц космических лучей.

В популярной культуре

Аргентина выпустила 100 000 почтовые марки 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 «10²⁰ эВ »крупным шрифтом.^[9][10]

Рекомендации

1. "Новости 20.12.13". Архивировано из оригинал на 2007-11-12. Получено 2007-11-09.
2. Сотрудничество Пьера Оже: сотрудники по организациям
3. Сотрудничество Оже (1995-10-31). "Отчет о разработке проекта Пьера Оже" (PDF). Национальная ускорительная лаборатория Ферми. Получено 2013-06-13.
4. Abraham, J .; и другие. (2004). «Свойства и характеристики прототипа прибора для обсерватории Пьера Оже» (PDF). Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование. 523 (1–2): 50–95. Bibcode:2004НИМПА.523 ... 50А. CiteSeerX  10.1.1.136.9392. Дои:10.1016 / j.nima.2003.12.012. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-12-05. Получено 2013-06-13.
5. Луедек, Карим (2011). «Мониторинг атмосферы в обсерватории Пьера Оже - состояние и обновление» (PDF). Международная конференция по космическим лучам. 2: 63. Bibcode:2011ICRC .... 2 ... 63L. Дои:10.7529 / ICRC2011 / V02 / 0568. Получено 2013-06-12.
6. Научный журнал; 9 ноября 2007 г .; Сотрудничество Пьера Оже и др., Стр. 938 - 943
7. Astrophys.J. 804 (2015) №1, 15
8. «Исследование подтверждает, что космические лучи имеют внегалактическое происхождение». EurekAlert!. Получено 2017-09-22.
9. Аналия Хименес (21 июля 2007 г.). "El labratorio de rayos viaja al mundo en una estampilla" (на испанском). Diario UNO de MENDOZA. Получено 2011-06-16.
10. "Observatorio Pierre Auger" (на испанском). Foro de Filatelia Argentina. 29 июля 2007 г. Архивировано с оригинал 6 июля 2011 г.. Получено 2011-06-16.

дальнейшее чтение

• Корреляция космических лучей высших энергий с близлежащими внегалактическими объектами: Наука 2007 (требуется подписка). Препринт Arxiv (бесплатно, но не официально).
• Пусть идет дождь Симметрия Февраль 2005 г.

внешняя ссылка

• Официальный веб-сайт
• Отображение публичных мероприятий
• Южный сайт сайта (Испанский и английский)
• Сайт обсерватории на Flickr
• КОСМУС - визуальные эффекты для PAO: фильмы, анимированные 3D-модели потоков космических лучей над территорией Маларгуэ и стереофотографии.
• Европейская сеть астрономических частиц ASPERA
• Astroparticle.org - Европейский портал по физике частиц
• Обнаружение космических лучей: обсерватория Оже и передовая наука - Интервью с Анжелой Олинто (видео)