Обсерватория Пьера Оже — международная обсерватория космических лучей в Аргентине, предназначенная для обнаружения космических лучей сверхвысокой энергии : субатомных частиц, движущихся почти со скоростью света, и каждая из которых имеет энергию, превышающую10 18 эВ . В атмосфере Земли такие частицы взаимодействуют с ядрами воздуха и производят различные другие частицы. Эти частицы эффекта (называемые « воздушным ливнем ») можно обнаружить и измерить. Но поскольку эти частицы высокой энергии имеют расчетную скорость прибытия всего 1 на км 2 в столетие, обсерватория Оже создала зону обнаружения площадью 3000 км 2 (1200 кв. миль) — размером с Род-Айленд или Люксембург — для регистрации большого количества этих событий. Она расположена в западной провинции Мендоса , Аргентина , недалеко от Анд .
Строительство началось в 2000 году, [1] обсерватория принимает 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 в Lamar Community College. Она также должна была состоять из водо-черенковских детекторов и флуоресцентных телескопов, охватывая площадь 10 370 км2 — в 3,3 раза больше, чем Auger South.
Обсерватория была названа в честь французского физика Пьера Виктора Оже . Проект был предложен Джимом Кронином и Аланом Уотсоном в 1992 году. Сегодня более 500 физиков из почти 100 институтов по всему миру [2] сотрудничают, чтобы поддерживать и модернизировать объект в Аргентине, а также собирать и анализировать измеренные данные. 15 стран-участниц разделили бюджет строительства в размере 50 миллионов долларов, каждая из которых предоставила небольшую часть общей стоимости.
Из космоса на Землю попадают сверхвысокоэнергетические космические лучи. Они состоят из отдельных субатомных частиц ( протонов или атомных ядер ), каждая из которых имеет энергетические уровни за пределами10 18 эВ . Когда такая одиночная частица достигает атмосферы Земли, ее энергия рассеивается, создавая миллиарды других частиц: электроны , фотоны и мюоны , все со скоростью, близкой к скорости света. Эти частицы распространяются продольно (перпендикулярно маршруту входящей одиночной частицы), создавая движущуюся вперед плоскость частиц с более высокой интенсивностью вблизи оси. Такой инцидент называется « воздушным ливнем ». Проходя через атмосферу, эта плоскость частиц создает ультрафиолетовый свет, невидимый человеческому глазу, называемый эффектом флуоресценции, более или менее похожий на узор прямых следов молнии. Эти следы можно сфотографировать на высокой скорости с помощью специализированных телескопов, называемых детекторами флуоресценции, с видом на область 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 улавливать эти удары. Такая станция называется водочеренковским детектором или «резервуаром». В обсерватории Оже оба типа детекторов охватывают одну и ту же область, что позволяет проводить очень точные измерения.
Когда воздушный ливень попадает на несколько черенковских детекторов на земле, направление луча можно рассчитать с помощью основных геометрических уравнений. Точка продольной оси может быть определена по плотности в каждой затронутой наземной станции. В зависимости от разницы во времени мест удара можно определить угол оси. Только когда ось будет вертикальной, все наземные детекторы будут регистрировать в один и тот же момент времени, и любой наклон оси приведет к разнице во времени между самым ранним и самым поздним приземлением. [3]
Космические лучи были открыты в 1912 году Виктором Гессом . Он измерил разницу в ионизации на разных высотах (используя Эйфелеву башню и управляемый Гессом воздушный шар), что указывало на истончение атмосферы (то есть на распространение ) 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 сделать детальный вывод о том, что это был один луч, который взаимодействовал с ядрами воздуха, вызывая электронный и фотонный воздушный ливень. В то же время была открыта третья частица мюон (ведущая себя как очень тяжелый электрон).
В 1967 году в Университете Лидса был разработан водо -черенковский детектор (или поверхностная станция ; небольшой водный бассейн глубиной 1,2 м; также называемый резервуаром ) и создана зона обнаружения Haverah Park площадью 12 км2 с использованием 200 таких резервуаров. Они были расположены группами по четыре в треугольной (Y) наземной схеме, треугольники были разных размеров. Обсерватория работала в течение 20 лет и разработала основные проектные параметры для наземной системы обнаружения в обсерватории Оже. Именно Алан Уотсон в последующие годы возглавлял исследовательскую группу и впоследствии стал одним из инициаторов сотрудничества в обсерватории Оже.
Тем временем, из Volcano Ranch (Нью-Мексико, 1959–1978), Fly's Eye ( Дагуэй, Юта ) и его преемника High Resolution Fly's Eye Cosmic Ray Detector под названием "HiRes" или "Fly's Eye" ( Университет Юты ), была разработана техника флуоресцентного детектора. Это оптические телескопы, настроенные на изображение ультрафиолетовых лучей при взгляде на поверхность. Он использует фасетное наблюдение (отсюда и ссылка на глаз мухи) для получения пиксельных изображений на высокой скорости. В 1992 году Джеймс Кронин возглавил исследование и стал одним из инициаторов Auger Observation Collaboration.
Обсерватория Пьера Оже уникальна тем, что это первый эксперимент, который объединяет как наземные детекторы, так и флуоресцентные детекторы в одном месте, что позволяет проводить кросс-калибровку и снижать систематические эффекты, которые могут быть свойственны каждой методике. Детекторы Черенкова используют три больших фотоумножительных трубки для обнаружения черенковского излучения, создаваемого частицами высокой энергии, проходящими через воду в резервуаре. Время прибытия частиц высокой энергии из одного и того же ливня в несколько резервуаров используется для расчета направления движения исходной частицы. Детекторы флуоресценции используются для отслеживания свечения частиц воздушного ливня в безоблачные безлунные ночи, когда он спускается через атмосферу.
В 1995 году в лаборатории Ферми в Чикаго был разработан базовый проект обсерватории Оже. В течение полугода многие ученые разрабатывали основные требования и смету расходов для проектируемого Оже. [3] Площадь обсерватории пришлось сократить с 5000 км 2 до 3000 км 2 .
Когда началось строительство, сначала был установлен полномасштабный прототип: Engineering Array. Этот массив состоял из первых 40 наземных детекторов и одного флуоресцентного детектора. Все они были полностью оборудованы. Engineering Array проработал 6 месяцев в 2001 году в качестве прототипа; позже он был интегрирован в основную установку. Он использовался для более детального выбора конструкции (например, какой тип фотоумножительной трубки (ФЭУ) использовать и требования к качеству воды в резервуаре) и для калибровки. [4]
В 2003 году он стал крупнейшим в мире детектором космических лучей сверхвысокой энергии . Он расположен на обширной равнине Пампа Амарилла, недалеко от города Маларгуэ в провинции Мендоса , Аргентина . Базовая установка состоит из 1600 водных черенковских детекторов или «резервуаров» (аналогично эксперименту в Хавера-парке ), распределенных на площади 3000 квадратных километров (1200 квадратных миль), а также 24 телескопов атмосферных флуоресцентных детекторов (FD; аналогичный High Resolution Fly's Eye ), наблюдающих за поверхностным массивом.
Для поддержки атмосферных измерений (измерений FD) на сайт добавлены вспомогательные станции:
Обсерватория получает качественные данные с 2005 года и была официально завершена в 2008 году.
В ноябре 2007 года команда проекта Auger объявила о некоторых предварительных результатах. Они показали, что направления происхождения 27 событий с самой высокой энергией коррелируют с местоположением активных ядер галактик (AGN). [6] Последующий тест с гораздо большей выборкой данных показал, однако, что большая степень первоначально наблюдаемой корреляции, скорее всего, была обусловлена статистической флуктуацией. [7]
В 2017 году данные 12-летних наблюдений позволили обнаружить значительную анизотропию направления прихода космических лучей при энергиях выше8 × 10 18 эВ . Это подтверждает, что внегалактические источники (т. е. за пределами нашей галактики ) являются источником этих сверхвысокоэнергетических космических лучей (см. Сверхвысокоэнергетические космические лучи ). [8] Однако пока неизвестно, какой тип галактик отвечает за ускорение этих сверхвысокоэнергетических космических лучей. Этот вопрос остается в стадии изучения с помощью обновления AugerPrime обсерватории Пьера Оже.
Сотрудничество Пьера Оже предоставило (в целях распространения информации) 1 процент событий наземного массива ниже 50 ЭэВ (10 18 эВ ). События с более высокой энергией требуют более глубокого физического анализа и не публикуются таким образом. Данные можно изучить 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, находится в открытом доступе. [9]
Были проведены исследования и разработки новых методов обнаружения и ( [ когда? ] по [ когда? ] ) [ нужна ссылка ] возможных усовершенствований обсерватории, включая:
AugerPrime — это масштабная модернизация обсерватории Пьера Оже, строительство которой началось в 2019 году:
Все эти усовершенствования направлены на повышение точности измерений обсерватории Пьера Оже, в частности, массы первичных частиц космических лучей.
14 июля 2007 года Аргентина выпустила 100 000 почтовых марок в честь обсерватории. На марке изображен резервуар с поверхностным детектором на переднем плане, здание с флуоресцентными детекторами на заднем плане и выражение «10 20 эВ "большими буквами. [10] [11]
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на август 2024 г. ( ссылка )
