La scienza dell’ASTRI Mini-Array

I “pilastri” di ASTRI

Il programma scientifico dell’ASTRI Mini-Array si svilupperà in due fasi. Durante i primi quattro anni di attività, l’ASTRI Mini-Array ìopererà come esperimento; nei successivi quattro anni, evolverà gradualmente in un osservatorio aperto alla comunità scientifica. Una rappresentazione grafica dei principali temi scientifici centrali che intendiamo affrontare nei primi quattro anni di attività è mostrata nella seguente figura.

Figure shows the ASTRI Mini-Array Pillars: 1 and 2, Time Domain, Non gamma-ray, Synergies

Il nostro programma scientifico si basa su alcuni “pilasti principali”: ambiti nei quali l’ASTRI Mini-Array offrirà contributi decisivi per rispondere a domande scientifiche fondamentali.

L’ASTRI Mini-Array studierà sorgenti a energie molto elevate (VHE) e ultra-elevate (UHE), fornendo sia una precisa identificazione che informazioni cruciali sulla loro morfologia e spettro.

Le risorse di ASTRI

L’ampio intervallo energetico.
Per la prima volta estendiamo la sensibilità differenziale dei moderni IACT fino a decine di TeV e oltre. Questo permetterà di indagare eventuali caratteristiche spettrali a VHE, come cut-off o emissioni previste fino a decine di TeV da sorgenti galattiche PeV.

Il grande campo di vista.
Il campo di vista di 10° dell’ASTRI Mini-Array, combinato con un’eccellente prestazione off-axis (solo un fattore 2 di sensibilità in meno al bordo rispetto al centro), permetterà di osservare più sorgenti in un’unica puntata e favorirà scoperte casuali.

Credits: Vercellone S. et al., 2022, JHEAP, 35,1

Questa figura mostra quanto sia importante un ampio campo visivo per osservare regioni affollate. Il pannello riporta una simulazione di 200 ore verso la regione del Cigno. Diverse sorgenti del Terzo Catalogo HAWC di sorgenti gamma a energie molto elevate (3HWC) possono essere rilevate in una singola puntata dell’ASTRI Mini-Array. Le croci verdi indicano la posizione delle sorgenti 3HWC in un campo visivo di 10°×10°. [Crediti: Vercellone S. et al., 2022, JHEAP, 35,1]

L’ottima risoluzione angolare.
L’ASTRI Mini-Array raggiunge una risoluzione angolare di circa 3’ nel range 3–100 TeV.

Credits: Vercellone S. et al., 2022, JHEAP, 35,1

Questa figura mostra l’importanza della risoluzione angolare dell’ASTRI Mini-Array. L’immagine presenta una simulazione di 200 ore (fino a 200 TeV) della regione intorno alla sorgente galattica eHWC 1907+063. Il cerchio verde chiaro rappresenta l’errore HAWC di circa 0,52° (per E > 56 TeV). Pur condividendo un simile range energetico, l’ASTRI Mini-Array ha una risoluzione angolare nettamente superiore rispetto a HAWC, consentendo una precisa localizzazione delle sorgenti galattiche UHE. [Crediti: Vercellone S. et al., 2022, JHEAP, 35,1]

ASTRI Mini-Array e gli Osservatori UHE

Prevediamo importanti sinergie con le attuali strutture UHE come LHAASO, HAWC e Tibet AS-𝞬. Un esempio è mostrato nella figura seguente, dove si evidenziano le regioni obiettivo dei Pilastri 1 e 2 (cerchi rossi e blu, ≈10° di diametro) e le sorgenti del catalogo 1LHAASO (punti arancioni, Cao et al, 2024, ApJS, 271, 25), in coordinate galattiche (proiezione di Aitoff). La linea nera continua mostra il limite in declinazione per le osservazioni dell’ASTRI Mini-Array.

Alcune sorgenti del catalogo 1LHAASO coincidono già con le regioni selezionate dai Pilastri dell’ASTRI Mini-Array, in particolare lungo il piano galattico. Mrk 501 e Mrk 421 sono inoltre candidati ideali per studi comuni di variabilità.

Strumenti di Simulazione dell’ASTRI Mini-Array

Le simulazioni scientifiche dell’ASTRI Mini-Array si basano sulle attuali funzioni di risposta strumentale (IRF, Prod2, v1.0), disponibili su Zenodo.

Le IRF sono memorizzate in file FITS contenenti le seguenti quantità (FITS tables): area efficace di raccolta (“EFFECTIVE AREA”), funzione di dispersione angolare (“POINT SPREAD FUNCTION”), risoluzione energetica (“ENERGY DISPERSION”), tasso di fondo residuo (“BACKGROUND”). Queste grandezze sono fornite in funzione dell’energia e dell’angolo off-axis. I bin energetici sono logaritmici e compresi tra 10-0.7 ~ 0.2 TeV e 102.5 ~ 316 TeV. Si usano 5 bin per decade per risoluzione angolare e fondo, 10 bin per decade per area efficace, e una binned matrix molto fine per la risoluzione energetica. L’angolo off-axis è suddiviso linearmente da 0° a 6°, con bin di 1°. Per il fondo residuo, si usa un binning spaziale quadrato bidimensionale (da 0° a 6°, bin di 0.2°).

Le IRF posso essere usate come input negli strumenti di analisi e, in particolare, sono compatibili con il formato dati input/output (I/O) richiesti dagli strumenti di analisi Gammapy [Donath A., et al., 2023, A&A, 678, A157] and ctools [Knödlseder J., et al., 2016, A&A 593, A1].

Una sintesi delle prestazioni principali dell’ASTRI Mini-Array è disponibile in Performance of the ASTRI Mini-Array at the Observatorio del Teide – Lombardi S, et al., 2022, PoS(ICRC2021), 884

Articoli Scientifici Generali sull’ASTRI Mini-Array

Gli articoli più recenti peer-reviewed sui temi scientifici dell’ASTRI Mini-Array:

Alcuni link utili a osservatori MWL attuali [e futuri]

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