• header

15 jaar MAGIC op La Palma

Gebruikerswaardering: 0 / 5

Ster inactiefSter inactiefSter inactiefSter inactiefSter inactief
 

15 jaar MAGIC op La Palma

De 17 m MAGICI telescoop, opgebouwd uit 956 spiegelsegmenten, kan ondanks zijn gewicht van 40 ton binnen 40 seconden gericht worden op een gammaflitser. Links op de achtergrond de Gran Telescopio Canarias. (Philip Corneille)


Kosmische gammastraling kan niet ver doordringen in de aardse atmosfeer. Toch is deze energierijke straling, dankzij het Cherenkoveffect, op indirecte wijze met telescopen vanaf het aardoppervlak waarneembaar. Op de ster renwacht Roque de los Muchachos (La Palma, Canarische Eilanden) staat MAGIC, bestaande uit twee van dergelijke Cherenkovtelescopen.
Door Philip Corneille

Vanaf de laatste decennia van de negentiende eeuw kregen natuurkundigen steeds meer inzicht in de eigenschappen van de chemische elementen en ontdekten tegelijkertijd tot dusverre onbekende vormen van straling. Zo ontdekte Wilhelm Röntgen (18451923) de naar hem genoemde röntgenstraling en Henri Bec querel (18521908) de radioactiviteit. In 1900 leidde het onderzoek aan radioactiviteit tot de ontdekking van alfa- en bètastraling door de Britse fysicus Ernest Rutherford (18711937), en gammastraling door de Franse chemicus Paul Villard (18601934).

Het gehele elektromagnetische spectrum, vanaf de laagfrequente radiostraling tot de hoogenergetische gammastraling, kwam aan het begin van de twintigste eeuw steeds meer in beeld. Naast elektromagnetische straling was er ook de deeltjesstraling, zoals de alfa en bètastraling (resp. heliumkernen en elek tronen). Zo bleek de door de Oostenrijk se natuurkundige Victor Hess (1883 1964) in 1912 ontdekte kosmische straling (zie Zenit februari 2016, blz. 17), die vanuit alle richtingen de aarde atmo sfeer binnendringt, voornamelijk uit deeltjes zoals protonen, elektronen en atoomkernen te bestaan.

Een nieuwe mogelijkheid tot het bestuderen van kosmische straling bood het Chrenkoveffect, ontdekt door Pavel Cherenkov (19041990) die daarvoor in 1958 de Nobelprijs voor natuurkunde ontving. Dit effect, in de vorm van lichtflitsjes, ont staat als een hoogenergetisch deeltje door bijvoorbeeld water of de atmosfeer vliegt met een snelheid die de lichtsnelheid in dat medium overtreft. Cherenkovstraling ontstaat ook als een hoogenergetisch gammafoton de atmosfeer treft en op een atoomkern botst. Daarbij wordt een hele ‘bui’ aan secundaire deeltjes geprodu ceerd die op hun beurt ook weer met gro te snelheid door de atmosfeer snellen en op luchtmoleculen botsen. In 1961 deed de Explorer XIsatelliet de eerste observa ties aan kosmische gammastraling en vanaf 1967 detecteerden de Velasatellie ten diverse kortstondige uitbarstingen van gammastraling (gammaflitsen). Latere satellieten brachten de gammastraling in de Melkweg in kaart, maar pas de BeppoSAXsatelliet slaagde er in 1996 in om gammaflitsen in verband te brengen met veraf gelegen hypernovaexplosies, waarbij vermoedelijk een zwart gat ontstaat. Deze ontdekking gaf aanleiding tot een reeks satellieten, waaronder INTEGRAL (2002) en Swift (2004), die bij de detectie van een gammaflits onmiddellijk aardse sterrenwachten alarmeren om de bron van de flits ook op andere golflengten zoals zichtbaar licht en radiostraling te observeren. 

Het idee om speciaal gebouwde Cherenkovtelescopen in te zetten voor het bestuderen van kosmische gammastraling werd geopperd door Guiseppe Cocconi (1914 2008) in 1959. De detectie van Cherenkovstraling in de atmosfeer lukte voor het eerst in 1989 met de 10 meter Whippetelescoop van het Fred Lawrence Whippe Observatory op Mount Hopkins in Arizona (V.S.). Het betrof hier gammastraling afkomstig van de Krabnevel. Daarop volgde de constructie van meer van deze Imaging Atmospheric Cherenkovtelescopen. Zij detecteren Cherenkovstraling afkomstig van gammafotonen met een energie tussen de 50 GeV en 50 TeV. Dit sluit mooi aan op het energiebereik van de gammasatellieten (tussen 30 MeV en 100 GeV). Veel van deze observatoria combineren stereoscopische spiegeltele scopen, met een onderlinge afstand van circa honderd meter, met deeltjesdetectoren op de grond. 

15 jaar MAGIC op La Palma 2

De 17 m MAGIC-II-telescoop, opgebouwd uit 247 spiegelsegmenten, samen met de kleinere
30-spiegels HEGRA CT-3-reflector, vanaf hun 2200 m hoog gelegen locatie op Roque de los
Muchachos, La Palma. Op de achtergrond de Nordic Optical Telescope. (Philip Corneille)

In de jaren tachtig begon op de Roque de los Muchachossterrenwacht (ORM, op La Palma, Canarische Eilanden) de bouw van de High Energy Gamma Ray Astronomy (HEGRA)detectoren. In 1992 werd de eerste Cherenkovreflector aan HEGRA toegevoegd. De telescoop be stond oorspronkelijk uit 18 ronde spiegelsegmenten met een totaal oppervlakte van 5 vierkante meter op altazimutale montering. Uiteindelijk verrezen er twee identieke HEGRAtelescopen van ieder 30 spiegelsegmenten. Naast de reflectoren bestond HEGRA nog uit de Cherenkov Light Ultraviolet Experiment en een Cosmic Ray Trackingdetector. HEGRA was operationeel tot september 2002 en werd daarna opgevolgd door MAGIC.

Het MAGIC (Major Atmospheric Gammaray Imaging Cherenkov)project behelsde de bouw van twee telescopen op dezelfde 2200 m hoog gelegen ORMlocatie. Het project is een samenwerking tussen 15 instellingen uit onder meer Duitsland, Spanje, Finland, Kroatië en Italië, en het ASPERAnetwerk voor astrodeeltjesfysica. De bouw van MAGICI begon in augustus 2001 en de Cherenkov telescoop met een diameter van 17 meter werd op 10 oktober 2003 ingehuldigd. De telescoop bestaat uit een mozaïek van aluminium spiegelsegmenten, die gedragen worden door een lichtgewicht frame van koolstofvezels op een altazimutale montering. Het collimeren gebeurt met een ingenieus systeem van laserstralen om elk van de 240 spiegelpanelen (met daarop in totaal 956 spiegelsegmentjes met een gezamenlijk oppervlak van 242 vierkante meter) precies te positioneren. Een actief controlesysteem stuurt de steunpunten op de achterkant van elk spiegelsegment aan, zodat de spiegel bij iedere stand zijn perfecte vorm behoudt. MAGICI was op tijd klaar om aan de waarnemingen aan gammaflitsen door de Swiftsatelliet een vervolg te geven vanaf de grond. Het aandrijvingssysteem van de montering maakt het mogelijk om de telescoop binnen 40 seconden op een door Swift gedetecteerde gammaflits te richten. MAGICII, met een spiegelop pervlak van 247 vierkante meter, werd op 25 april 2009 officieel ingehuldigd. De telescopen staan 85 meter uit elkaar, zodat stereoscopische observaties een driedimensionaal beeld van de Cherenkovstra ling in de atmosfeer mogelijk maken. Het licht wordt uiteindelijk gedetecteerd door een mozaïekcamera bestaande uit 576 photo multiplierbuizen met een gezichtsveld van 3,5 graden. De weten schappelijke gegevens gaan via 160 m lange glasvezelkabels naar een centrale server die elke nacht ongeveer 1 Terabyte aan gegevens opslaat.

MAGIC behaalde al enkele belangrijke resultaten. Een voorbeeld is de detectie van een uitbarsting van de quasar 3C279 in 2007, de actieve kern van een sterren stelsel op ongeveer 5 miljard lichtjaar van de aarde en ‘aangedreven’ door een zwart gat van ongeveer 1 miljard zonsmassa. MAGIC kon ook aantonen dat het heelal meer transparant is voor fotonen van zeer hoge energie dan eerder gedacht. De telescopen worden tevens ingezet voor een gedetailleerde studie van de Krabne vel in het energiebereik van 60 tot 400 GeV. Het MAGICduo verrichtte verder vervolgwaarnemingen aan een millisecondepulsar in de bolvormige sterren hoop NGC 6624, in 2008 ontdekt door de Fermigammasatelliet. Deze snel rond spinnende neutronenster is jonger dan 25 miljoen jaar en blijkt een ideaal studieobject om het ontstaan van deze objecten te verklaren.

Naast MAGIC zijn nog een drietal Che renkovtelescopen operationeel: de 10 me ter CANGAROOIII in Woomera (Aus tralië), de 12 meter VERITAS in Arizona (V.S.) en de 13 meter HESS (High Energy Stereoscopic System) op de Khomashoogvlakte in Namibië. In 2012 werd deze laatste uitgebreid met HESSII, een reflector van 30 meter en met een spiegeloppervlak van 600 vierkante meter en is daarmee de grootste Cherenkovtelescoop ter wereld. HESS detecteerde in de zomer van 2016 protonen met een ener gie van 1015 elektronvolt (PeV), afkomstig van het zwarte gat in het centrum van ons melkwegstelsel.

Anno 2016 smeden astronomen plannen voor nog grotere Cherenkovtelescopen met een totaal oppervlak van 1000 m2 , die wellicht op Tenerife of La Palma (Canari sche Eilanden) komen te staan. Ongetwijfeld een project om naar uit te kijken in de fascinerende wereld van de hoge energieastrofysica.

KNMI

Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut
  • Wisselend bewolkt en enkele buien
    Verwachting voor vandaag en morgen

    Het is wisselend bewolkt en er trekken enkele buien over het land, zeer lokaal

    ...
  • Meerdaagse verwachtingen
    Waarschijnlijk oplopende temperaturen met overheersend droge perioden. Later toenemende kans op een (onweers)bui en...

Foto van de dag

Tweets over sterrenkunde

Contact

Bezoekadres:
Louise de Colignystraat 25-A in Alkmaar

Postadres
:
Louise de Colignystraat 15, 1814 JA Alkmaar

Tel.: +31 (0)72 531 49 78
E-mailinfo@stipmedia.nl

Copyright © Stip Media 2017

Search