Astrofisica delle altissime energie
Tecnica
Quando un fotone di altissima energia (VHE – very high-energy), con un’energia di circa 1 Tera-elettronvolt, colpisce l’atmosfera terrestre, genera una cascata di particelle che a sua volta produce un lampo di radiazione Cherenkov della durata di 5–20 nanosecondi, nell’intervallo di lunghezze d’onda compreso tra 300 e 500 nanometri.
La luce Cherenkov si diffonde in un cono che raggiunge un diametro di circa 100–200 metri sulla superficie terrestre. Una rappresentazione schematica è mostrata in questa figura [Crediti: Weekes, T.C, talk at the 2012 Fermi Summer School].
Questa luce viene riflessa dagli specchi del telescopio sul piano focale di una camera che la converte in fotoelettroni. Il segnale viene acquisito da un sistema di gestione dati e memorizzato in computer locali per l’elaborazione successiva.
Un miglioramento rilevante è stato ottenuto adottando l’approccio stereoscopico, come mostrato in questa figura [Crediti: de Naurois M. and Mazin D., 2015., C.R. Physique 16, 610].
I vantaggi dell’approccio a matrice (array) includono un miglioramento nella reiezione del fondo e nelle risoluzioni angolare ed energetica.
Alle energie più elevate (0.1–100 Peta-elettronvolt), le cascate di particelle vengono convertite in radiazione Cherenkov tramite grandi serbatoi d’acqua, in combinazione con altre matrici per la discriminazione del fondo. Questi sistemi sono chiamati array di campionamento di particelle (particle sampling arrays, PSA).
Array attualmente operativi
Attualmente, sono operativi tre principali array Cherenkov atmosferici a immagine (IACTs): due nell’emisfero Nord (MAGIC & VERITAS) e uno nell’emisfero sud (H.E.S.S.). I tre principali PSA, invece, sono LHAASO, HAWC e TIbet AS-𝞬, tutti situati nell’emisfero Nord.
Le loro osservazioni hanno permesso di portare il numero di sorgenti conosciute a circa 350, a energie superiori a qualche decina di Giga-elettronvolt. Come si può osservare in questa figura [Crediti: https://www.tevcat.org/, Wakely S.P. & Horan D., 2008, ICRC, 3, 1341], diverse classi di sorgenti sia galattiche che extragalattiche sono state rilevate dagli attuali IACT, con una larga frazione (circa il 30%) priva di una controparte nota, rendendo l’astrofisica delle altissime energie un campo di indagine estremamente promettente.
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