Аннотация
Предлагаемый проект посвящен разработке перспективных детекторных систем для наземных (черенковских) гамма-телескопов, основанных на кремниевых фотоумножителях (SiФЭУ, SiPM) с чувствительностью как в оптическом, так и в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне энергий. Субблоки детекторной камеры, которые предполагается создать в ходе проекта, будут установлены на уникальной научной установке – гамма-телескопе TAIGA-IACT – и в дальнейшем использованы для мониторинга высокоширотных космических источников тераэлектроновольтного излучения, которые не могут быть эффективно наблюдаемы на других черенковских гамма-телескопах северного полушария (MAGIC, VERITAS, HAWC) в силу расположения последних в более низких широтах. Модернизация камер TAIGA-IACT будет произведена таким образом, что новые субблоки смогут использоваться как совместно с имеющимися детекторными кластерами, основанными на классических вакуумных ФЭУ, так и независимо от них.
Разработка детекторов черенковского излучения на SiPM актуальна и перспективна как для повышения эффективности современных гамма-телескопов, так и для создания гамма-телескопов нового поколения (CTA, ALEGRO, MACE). Такие детекторы позволят увеличить продолжительность рабочего цикла телескопов, уменьшить их энергопотребление, а также увеличить скорость наведения на объект (за счет снижения веса камеры), что критически важно при исследовании транзиентных объектов, таких как источники гамма-всплесков. Новизна предлагаемого проекта состоит, в частности, в использовании SiPM-детекторов с чувствительностью в УФ-диапазоне. Применение подобных детекторов в перспективе позволит существенно увеличить рабочий цикл гамма-телескопов, проводя наблюдения в лунные ночи и в сумерки, а также повысить эффективность гамма-адронной сепарации (идентификации типа первичной частицы, породившей наблюдаемый широкий атмосферный ливень).
Ожидаемые результаты
Ожидается, что осуществление данного проекта приведет к следующим результатам, соответствующим современному уровню развития черенковской гамма-астрономии.
1) Для уникального отечественного черенковского телескопа TAIGA-IACT будет разработан новый субблок детекторной камеры, основанный на современных фотодетекторах – кремниевых фотоумножителях (SiPM). Этот субблок будет функционировать как автономно от действующих кластеров камеры TAIGA-IACT, так и совместно с ними. Ожидается, что именно камеры, основанные на полупроводниковых фотоумножителях, будут использованы в ближайшие десятилетия при создании черенковских наземных гамма-обсерваторий нового (четвертого) поколения.
2) Будут определены значения пороговой энергии телескопа TAIGA-IACT при использовании нового субблока на основе SiPM как при проведении наблюдений в оптическом и УФ-диапазонах, так и при проведении наблюдений исключительно в УФ-диапазоне. Рабочий цикл черенковского телескопа TAIGA-IACT будет удлинен за счет наблюдений в УФ-диапазоне в лунные ночи и в сумерках. Использование нового субблока на основе SiPM также позволит в ряде случаев независимым способом определять тип первичной высокоэнергичной космической частицы.
3) С помощью модифицированной камеры TAIGA-IACT будет выполнен мониторинг ряда высокоширотных космических источников гамма-излучения (например, остатков сверхновых Cas A, Tycho и 3C58, микроквазара LS I +61 303, блазаров RGB J2056+496 и 1ES 2037+521). Поскольку установка TAIGA-IACT расположена более чем на 20 градусов севернее других черенковских телескопов Северного полушария (MAGIC, VERITAS, HAWC), наблюдения указанных источников будут производиться на ней с большей эффективностью.
Получение перечисленных выше результатов станет существенным шагом в развитии наземной гамма-астрономии как в России, так и на мировом уровне и поднимет научный престиж Российской Федерации. Развитие обсерватории TAIGA в республике Бурятия будет способствовать созданию высокотехнологичных рабочих мест в этом регионе, а также в Иркутской области. Функционирование этой обсерватории будет способствовать росту интереса молодежи к научной работе и развитию системы высшего образования Восточной Сибири.
