Обсерваторія П'єра Оже (, ) — міжнародна обсерваторія космічних променів в Аргентині, призначена для виявлення ккосмічних променів надвисоких енергій — субатомних частинок, що рухаються зі швидкістю близькою до швидкості світла та енергією вище 1018 еВ. В атмосфері Землі такі частинки взаємодіють з ядрами атомів повітря, породжуючи інші частинки. Ці вторинні частинки (так звана «атмосферна злива»), можна реєструвати й вимірювати. Однак оскільки частота надходження космічних променів настільки високих енергій становить приблизно 1 на км2 за століття, обсерваторія П'єра Оже проводить спостереження на площі 3 000 км2 (розмір Охтирського або Шептицького району, або ж Люксембургу), щоб зафіксувати достатню кількість таких подій. Обсерваторія розташована в західній частині провінції Мендоса в Аргентині, неподалік Анд.

Будівництво розпочалося 2000 року, наукові спостереження розпочалися 2005 року, а офіційно завершилося будівництво 2008 року.

Обсерваторію назвали на честь французького фізика П'єра Віктора Оже. Проєкт запропонували 1992 року Джеймс Кронін і . У підтримці й модернізації аргентинського майданчика та у збиранні й аналізі отриманих даних беруть участь 500 фізиків з майже 100 установ з усього світу.

Принцип роботи Космічні промені надвисоких енергій, що досягають Землі, складаються з окремих субатомних частинок (протонів або атомних ядер), кожна з енергією понад 1018 еВ. Коли одна з таких частинок досягає атмосфери Землі, вона розсіює свою енергію утворюючи мільйони інших частинок: електрони, фотони та мюони зі швидкостями, наближеними до швидкості світла. Ці частинки поширюються в напрямках, відмінних від напрямку руху первинної частинки, утворюючи фронт частинок, що рухаються до земної поверхні з більшими інтенсивностями поблизу осі пучка. Це явище називають «атмосферними зливами».

Проходячи через атмосферу, ці частинки створюють ультрафіолетове флюоресцентне світіння, невидиме для людського ока. Ці сліди можна сфотографувати на високій швидкості спеціалізованими телескопами, так званими флюоресцентними детекторами. Також, коли частинки досягають поверхні Землі, вони можуть бути виявлені після потрапляння в резервуар з водою, де вони випромінюють видиме світло, спричинене черенковським випромінюванням. Це випромінювання фіксується чутливою фотоелектричною трубкою. Такі станції називаються водяними черенковськими детекторами. Обсерваторія Оже використовує обидва типи детекторів, що охоплюють всю площу, забезпечуючи високу точність вимірювань.

Коли атмосферна злива досягає черенковських детекторів на поверхні, напрямок променя визначають за допомогою базових геометричних співвідношень. Положення поздовжньої осі встановлюють за інтенсивностями сигналу в кожному з наземних детекторів. За різницею часу реєстрації визначають кут нахилу осі: лише у випадку вертикального падіння всі наземні детектори спрацьовують одночасно, а будь-який нахил осі спричиняє часову різницю між сигналами.

Огляд

Наземні детектори 1967 року Університет Лідса розробив водяний черенковський детектор (або наземну станцію; невеликий водяний резервуар глибиною 1,2 м, також званий "танком", ) і покрив детекторами площу 12 км2 в , використавши 200 таких резервуарів. Їх розміщували групами по чотири у трикутній (Y-подібній), причому трикутники мали різні розміри. Обсерваторія працювала протягом 20 років, і основні проєктні параметри були використані для системи наземних детекторів обсерваторії П'єра Оже. В останні роки дослідницьку групу очолював , який згодом став одним із ініціаторів Колаборацію П'єра Оже.

Флюоресцентні детектори Техніка для флюоресцентного детектора була розроблена в експериментах Волкано-Ранч (Нью-Мексико, 1959—1978), Fly's Eye (Дугвай, штат Юта) і його наступника High Resolution Fly's Eye. Ці оптичні телескопи, налаштовані на реєстрацію ультрафіолетового випромінювання, що падає на землю. Вони використовують фасеткову систему спостереження (звідси й назва - «око мухи»), що дозволяє отримувати піксельні зображення з великою швидкістю. 1992 року Джеймс Кронін очолив дослідження та став співініціатором Колаборації Обсерваторії П'єра Оже.

Проєктування і будівництво

Обсерваторія П'єра Оже - це перший експеримент, який поєднує наземні та флюоресцентні детектори на одному майданчику, що дає змогу виконувати взаємну калібровку та зменшувати систематичні похибки, притаманні кожній із методик. Черенковські детектори використовують три великі фотопомножувачі для реєстрації черенковського випромінювання, яке виникає, коли високоенергетичні частинки проходять крізь воду в резервуарі. Час приходу частинок однієї зливи до кількох резервуарів використовують для визначення напрямку руху первинної частинки. Флюоресцентні детектори застосовують для спостереження світіння атмосферної зливи безхмарними безмісячними ночами під час проходження космічних променів крізь атмосферу.

1995 року у Фермілабі (Чикаго) розробили базовий проєкт Обсерваторії П'єра Оже. Протягом пів року численні науковці сформулювали основні вимоги та оцінили вартість проєкту. Перед початком будівництва спершу створили повномасштабний прототип — інженерний масив (). Він складався з перших 40 наземних детекторів і одного флюоресцентного детектора. Інженерний масив працював 6 місяців у 2001 році як прототип, після чого його інтегрували в основну систему. Його використовували для калібрування та для уточнення проєктних рішень (зокрема, вибору типу фотопомножувача й вимог до якості води в резервуарах).

2003 року Обсерваторія П'єра Оже стала найбільшим у світі детектором космічних променів надвисоких енергій. Обсерваторія розташована на великій рівнині Пампа-Амарілья поблизу міста в провінції Мендоса в Аргентині. Базова конфігурація включає 1600 водних черенковських детекторів («танків», подібних до тих, що використовували в ), розміщених на площі 3 000 квадратних кілометрів, а також 24 атмосферні телескопи флюоресцентних детекторів (подібні до High Resolution Fly's Eye). Для підтримки роботи флюоресцентних детекторів на майданчику розміщено допоміжні лазерні станції, лідари, інфрачервоні камери для виявлення хмар, метеостанції, два оптичні телескопи. До грудня 2010 року на майданчику також працювала станція запуску метеорологічних зондів для збору атмосферних даних до висоти 23 км протягом кількох годин після реєстрації кожної значної атмосферної зливи.

Розташування Станція Тип Розташування Мережа наземних станцій 1600 поверхневих детекторів (SD) Лос-Леонес 6 флюоресцентних детекторів Морадос 6 флюоресцентних детекторів Лома-Амарілья 6 флюоресцентних детекторів Coihueco 6 флюоресцентних детекторів Кампус обсерваторії центральний офіс місто

Результати

Обсерваторія отримує якісні наукові дані з 2005 року, а офіційно завершена була 2008 року. У листопаді 2007 року команда обсерваторії П'єра Оже оприлюднила попередні результати. Вони показали, що напрямки походження 27 подій з найвищими енергіями корелюють із положеннями активних ядер галактикScience Magazine; 9 November 2007; The Pierre Auger Collaboration et al., pp. 938 - 943. Однак подальший аналіз із значно більшим обсягом даних показав, що високий рівень кореляції, спостережений спочатку, найімовірніше був наслідком статистичної флуктуаціїAstrophys.J. 804 (2015) no.1, 15.

У 2017 році дані за 12 років спостережень дали змогу виявити значущу анізотропію напрямків надходження космічних променів з енергіями понад 8·1018 еВ. Це свідчить на користь позагалактичного походження цих частинок надвисоких енергій. Втім, поки що невідомо, які саме типи галактик відповідають за прискорення цих частинок.

Колаборація П'єра Оже надала у відкритий доступ (для популяризаційних цілей) 1 % подій, зареєстрованих наземною мережею, з енергіями нижче 50 ЕеВ (1018 еВ). Події з вищими енергіями потребують складнішого фізичного аналізу, тому їх не публікують у такому форматі. Дані можна переглянути на сайті Public Event Display.

Станом на жовтень 2021 року частина даних (10 %), представлених на Міжнародній конференції з космічних променів 2019 року в Медісоні (США), стала загальнодоступною.

AugerPrime З 2019 року триває масштабна модернізація обсерваторії під назвою AugerPrime. Вона включає такі вдосконалення: наземні детектори доповнять сцинтиляційними детекторами та радіоантенами збільшать тривалість спостережень флюоресцентних детекторів, включивши ночі з місячним світлом завершать AMIGA: наземні детектори, щільно розміщені на площі 20 км2, кожен оснащений підземними мюонними детекторами

Усі ці вдосконалення спрямовані на підвищення точності вимірювань обсерваторії П'єра Оже, зокрема для точнішого визначення маси первинних частинок космічних променів.

У популярній культурі

14 липня 2007 року Аргентина випустила 100 000 поштових марок на честь обсерваторії. На марці зображено резервуар наземного детектора на передньому плані, будівлю флюоресцентних детекторів на задньому плані та напис «» великими літерами.

Посилання

Література

Посилання Official website Public Event Display Let It Rain Symmetry February 2005 Southern site website (Spanish and English) COSMUS, різні візуалізації, включно з фільмами, анімованими 3D-моделями зливів космічних променів над майданчиком у Маларгуе, а також стереофотографіями. ASPERA European astroparticle physics network Astroparticle.org — European astroparticle physics portal Detecting Cosmic Rays: The Auger Observatory and Frontier Science  — інтерв'ю з Анжелою Олінто (відео)