El proyecto Telescope Array es una colaboración internacional en la que participan instituciones de investigación y educación de Japón, Estados Unidos, Rusia, Corea del Sur y Bélgica. [1] El experimento está diseñado para observar lluvias de rayos cósmicos de energía ultraalta mediante una combinación de técnicas de matriz terrestre y fluorescencia del aire. Está ubicado en el alto desierto del condado de Millard , Utah , Estados Unidos, a unos 1400 metros (4600 pies) sobre el nivel del mar.
El observatorio Telescope Array es un sistema de detector híbrido que consta de un conjunto de 507 detectores de centelleo de superficie (SD) que miden la distribución de partículas cargadas en la superficie de la Tierra, y tres estaciones de fluorescencia que observan el cielo nocturno por encima del conjunto SD. [2] Cada estación de fluorescencia también está acompañada por un sistema LIDAR para el monitoreo atmosférico. [3] El conjunto SD es muy similar al del grupo AGASA , pero cubre un área nueve veces más grande. La configuración híbrida del proyecto Telescope Array permite la observación simultánea tanto del desarrollo longitudinal como de la distribución lateral de las lluvias de aire. Cuando un rayo cósmico pasa a través de la atmósfera de la Tierra y desencadena una lluvia de aire , los telescopios de fluorescencia miden la luz de centelleo generada cuando la lluvia pasa a través del gas de la atmósfera, mientras que el conjunto de detectores de centelleo de superficie muestrea la huella de la lluvia cuando alcanza la superficie de la Tierra.
En el centro del conjunto terrestre se encuentra la Instalación Láser Central, que se utiliza para la monitorización atmosférica y las calibraciones.
Los detectores de superficie que forman el conjunto de tierra se activan cuando las partículas ionizantes de una extensa lluvia de aire pasan a través de ellos. Cuando estas partículas pasan a través del centelleador de plástico dentro del detector, induce la emisión de fotones de centelleo que luego son recogidos por 96 fibras que cambian de longitud de onda y enviados a tubos fotomultiplicadores. Los componentes electrónicos dentro de los detectores luego filtran los resultados, lo que proporciona a los detectores una precisión comparable a la del experimento AGASA. [4]
Los detectores de superficie están distribuidos uniformemente en una red de 762 km2 con 1,2 km de distancia entre cada unidad. Cada detector de superficie tiene un peso ensamblado de 250 kg y consta de una fuente de alimentación, dos capas de detectores de centelleo y electrónica. La energía es generada por un panel solar de 120 W y almacenada en una batería de plomo-ácido sellada. El sistema tiene la capacidad de funcionar durante una semana en completa oscuridad. Cada capa del detector de centelleo está hecha de centelleador de plástico extruido de 1,2 cm de espesor y tiene un área de 3 m2 .
El Telescope Array cuenta con tres estaciones de telescopios detectores de fluorescencia (FD). Al igual que en los experimentos Fly's Eye y High Resolution Fly's Eye (HiRes) anteriores, estos detectores funcionan midiendo la luz fluorescente emitida por una extensa lluvia de rayos cósmicos . Cada telescopio FD consta de un espejo primario (formado por 18 segmentos de espejo hexagonales más pequeños) y una cámara. Las cámaras están formadas por 256 tubos fotomultiplicadores (PMT) que son sensibles a la luz ultravioleta generada por una lluvia de rayos cósmicos en el aire. [1]
Las estaciones están ubicadas en un triángulo a unos 35 km de distancia una de otra, con la Instalación Láser Central cerca del centro del triángulo. Cada una de las tres estaciones tiene entre 12 y 14 telescopios que observan el rango desde una elevación de 3° a 33° . Los tres sitios se denominan Black Rock Mesa (BRM), Long Ridge (LR) y Middle Drum (MD). [5] Al combinar los datos de los tres sitios, es posible determinar la energía primaria, la dirección de llegada y el punto máximo de desarrollo longitudinal de una lluvia de aire. [1]
El Centro de Rayos Cósmicos Lon y Mary Watson del Condado de Millard se inauguró el 20 de marzo de 2006. [10] El centro está ubicado en 648 West Main Street en Delta. El edificio sirve como sede y centro de procesamiento de datos para el Proyecto Telescope Array.
En octubre de 2011 se inauguró un nuevo centro de visitantes en el Centro de Rayos Cósmicos. En él se muestran exposiciones sobre la historia de la investigación de los rayos cósmicos en Utah y sobre el Telescope Array, que se extiende por el desierto al oeste de Delta. El centro también incluye una exposición sobre el cercano campo de internamiento de Topaz, donde se encarceló a ciudadanos estadounidenses de ascendencia japonesa durante la Segunda Guerra Mundial.
TALE es la extensión de baja energía del Telescope Array. Está diseñado para observar rayos cósmicos con energías entre 3×10 16 eV y 10 19 eV. TALE agrega 10 nuevos telescopios al sitio del observatorio Middle Drum (24 telescopios en total) extendiendo el campo de visión vertical de modo que ahora se extiende de 3 a 59 grados de elevación. Esto permite a la estación ver el desarrollo de la lluvia de rayos, incluido el máximo de la lluvia de rayos para eventos de menor energía. Esto es fundamental cuando se intenta determinar la composición química de la partícula de rayos cósmicos incidente. [11]
El proyecto TALE también cuenta con un conjunto de estaciones de centelleo escalonadas a 400 y 600 m de distancia entre sí. Luego se conecta al conjunto principal de centelleadores del Telescope Array, donde los detectores de centelleo están separados por 1200 m. Estas estaciones miden densidades de partículas cargadas (la huella de la lluvia de partículas) en la superficie de la Tierra para eventos de menor energía que se aproximan a 3x10 16 eV.
El proyecto Telescope Array RADAR (TARA) es un esfuerzo para superar algunos de los problemas inherentes a las técnicas actuales de detección de rayos cósmicos. Debido al sol, la luna y el clima, los telescopios de fluorescencia suelen estar limitados a un ciclo de trabajo del diez por ciento. Los conjuntos terrestres pueden funcionar durante el día, pero requieren una gran cantidad de tierra, lo que hace necesario construirlos en lugares remotos. El objetivo del proyecto TARA es desarrollar un sistema de detección de radar biestático que sea capaz de mantener un ciclo de trabajo de 24 horas a una fracción del costo de los sistemas de detección convencionales. [12]
En septiembre de 2012, la Fundación WM Keck otorgó a los investigadores de la Universidad de Utah una subvención de un millón de dólares para desarrollar un sistema de detección por radar biestático. Este sistema se construirá junto con el Telescope Array existente y utilizará transmisores de televisión analógicos y receptores digitales para observar el alcance, la dirección y la intensidad de los rayos cósmicos con el fin de rastrearlos hasta su punto de origen. [13] Una vez completado, esta nueva instalación se conocerá como Observatorio de Radar WM Keck [13] [14]