Cientistas do consórcio Cherenkov Telescope Array (CTA) detectaram raios gama da Nebulosa do Caranguejo usando um protótipo Telescópio Schwarzschild-Couder (pSCT), comprovando a viabilidade do novo design do telescópio para uso em astrofísica de raios gama. Os resultados foram anunciados em 1º de junho na 236ª reunião da Sociedade Astronômica Americana (AAS).
“Por cinquenta anos, o design óptico dos telescópios de raios gama permaneceu praticamente inalterado. Com essa detecção, verificamos um novo design óptico mais sofisticado que não apenas oferece um desempenho óptico enormemente melhor, mas permite que a câmera aproveite ao máximo os desenvolvimentos modernos em sensores de luz e eletrônica de alta velocidade “, disse David Williams, pesquisador do Instituto de Física de Partículas de Santa Cruz (SCIPP) e professor adjunto de física da UC Santa Cruz.
Williams é um investigador principal da bolsa da National Science Foundation que apoiou a construção do telescópio. Seu grupo na UCSC, incluindo vários estudantes de graduação, testou sensores de luz para selecionar o melhor modelo a ser usado na câmera do telescópio e calibrar o desempenho dos sensores adquiridos para a câmera.
A Nebulosa do Caranguejo é a fonte estável mais brilhante de raios gama de energia muito alta no céu, portanto, detectá-la é uma excelente maneira de provar a tecnologia pSCT. “Os raios gama de energia muito alta são os fótons de maior energia do universo e podem revelar a física de objetos extremos, incluindo buracos negros e possivelmente matéria escura”, disse Justin Vandenbroucke, da Universidade de Wisconsin.
Detectar a nebulosa do caranguejo com o pSCT é mais do que apenas uma prova positiva para o próprio telescópio. Estabelece as bases para o futuro da astrofísica de raios gama. “Estabelecemos essa nova tecnologia, que medirá raios gama com extraordinária precisão, possibilitando descobertas futuras”, disse Vandenbroucke. “A astronomia de raios gama já está no centro da nova astrofísica de vários mensageiros, e a tecnologia SCT o tornará um ator ainda mais importante.”
O uso de espelhos secundários em telescópios de raios gama é um avanço na inovação para o campo relativamente jovem da astronomia de raios gama de energia muito alta, que se moveu rapidamente para a vanguarda da astrofísica. “Há pouco mais de três décadas, os raios gama TeV foram detectados pela primeira vez no universo, a partir da Nebulosa do Caranguejo, na mesma montanha onde o pSCT se encontra hoje”, disse Vandenbroucke. “Essa foi uma inovação real, abrir uma janela cósmica com luz trilhões de vezes mais energética do que podemos ver com nossos olhos. Hoje, estamos usando duas superfícies de espelho em vez de uma e sensores de última geração e eletrônicos para estudar esses raios gama com excelente resolução “.
A detecção inicial da Nebulosa do Caranguejo pSCT foi possível através do aproveitamento das principais observações simultâneas com o observatório VERITAS (Sistema de Matriz de Telescópio de Imaginação por Radiação muito Energética). “Nós evoluímos com sucesso a maneira como a astronomia de raios gama foi feita nos últimos 50 anos, permitindo que os estudos sejam realizados em muito menos tempo”, disse o diretor da VERITAS, Wystan Benbow. “Vários programas futuros serão particularmente beneficiados, incluindo pesquisas sobre o céu de raios gama, estudos de objetos grandes como restos de supernovas e pesquisas de colegas de vários mensageiros para neutrinos astrofísicos e eventos de ondas gravitacionais”.
Localizado no Observatório Fred Lawrence Whipple em Amado, Arizona – o maior local de campo do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian – o pSCT foi inaugurado em janeiro de 2019 e viu a primeira luz da mesma semana. Após um ano de trabalho de comissionamento, os cientistas começaram a observar a Nebulosa do Caranguejo em janeiro de 2020, mas o projeto está em andamento há mais de uma década.
“Primeiro propusemos a idéia de aplicar esse sistema óptico à astronomia de raios gama TeV há quase 15 anos, e meus colegas e eu construímos uma equipe nos EUA e internacionalmente para provar que essa tecnologia poderia funcionar”, disse o investigador principal do pSCT Vladimir Vassiliev . “O que antes era um limite teórico para esta tecnologia está agora ao nosso alcance, e as melhorias contínuas na tecnologia e na eletrônica aumentam ainda mais nossa capacidade de detectar raios gama em resoluções e taxas que sempre sonhamos.”
O pSCT foi possível graças às contribuições de trinta instituições e cinco parceiros críticos da indústria nos Estados Unidos, Itália, Alemanha, Japão e México, e através do financiamento através do Programa de Instrumentação para Pesquisa Principal da National Science Foundation dos EUA.
“O fato de um protótipo de uma futura instalação poder produzir um resultado tão tentador promete grandes coisas a partir da capacidade total e exemplifica o interesse da NSF em criar novas possibilidades que podem permitir que um projeto atraia amplo apoio”, disse Nigel Sharp, gerente do programa da NSF.
Agora demonstradas, as inovações atuais e futuras do pSCT lançarão as bases para uso no futuro observatório Cherenkov Telescope Array, que hospedará mais de 100 telescópios de raios gama. “O pSCT e suas inovações estão buscando o futuro CTA, que detectará fontes de raios gama cerca de 100 vezes mais rápido que o VERITAS, que é o estado da arte atual”, disse Benbow. “Demonstramos que essa nova tecnologia para a astronomia de raios gama funciona inequivocamente. A promessa existe para esse novo observatório inovador e abre uma enorme quantidade de potencial de descoberta”.
Publicado em 03/06/2020 07h17
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