CTA
Il Cherenkov Telescope Array (CTA, https://www.cta-observatory.org/), è una collaborazione internazionale di più di 200 istituti distribuiti in 32 paesi. L’obiettivo è la costruzione di una rete di telescopi in due diversi siti di osservazione, uno nell’emisfero nord nell’isola di La Palma (Spagna) e l'altro nell’emisfero sud, nel deserto di Atacama (Cile), per la rivelazione di fotoni in banda ultravioletta e ottica prodotti da sciami generati dall’interazione di raggi gamma cosmici con l’atmosfera.
Lo studio dei gamma cosmici abbraccia diverse tipologie di oggetti ed eventi astrofisici, consentendo l’accesso a energie non raggiungibili con le macchine acceleratrici. Tramite essi è possibile ricavare preziose informazioni sulla formazione delle sorgenti cosmiche, sui meccanismi di accelerazione delle particelle, sul rilascio di energia gravitazionale in prossimità di oggetti astrofisici compatti (nuclei galattici attivi, stelle di neutroni, buchi neri, gamma- ray bursts), sulla materia oscura e sulla geometria spazio-temporale dell’Universo.
Per sondare un più ampio intervallo di energia, si è deciso di costruire tre tipologie di telescopi diversi soprattutto per le dimensioni dello specchio. Il telescopio più grande, il Large Size Telescope (LST), ha uno specchio parabolico di 23 metri di diametro ed è ottimizzato per la rilevazione di gamma cosmici nell’intervallo di energie più basse, tra i 20 e 100 Gigaelettronvolt (GeV). La luce raccolta dagli specchi del telescopio è focalizzata su una camera composta da più di mille fotomoltiplicatori (PMT), sensori molto veloci in grado di rivelare la luce ultravioletta dell'effetto Cherenkov.
Nell’ambito della collaborazione CTA il gruppo udinese, assieme al gruppo INFN-Roma1, ha interamente progettato, costruito, interfacciato e messo in opera un elemento essenziale per la validazione dei dati per il primo Large Size Telescope (LST): il sistema di calibrazione (CaliBox) dei fotosensori della camera, indispensabile per risalire dal segnale elettrico al numero di fotoni rivelati, e quindi all’energia del gamma primario. (Scopri di più su uniud.it).
Seguiranno almeno altre 3 CaliBox per i futuri LST 2-3-4 di imminente costruzione.
Componenti
- Barbara De Lotto, Professorie Associato
- Stefano Ansoldi, Ricercatore Universitario
- Diego Cauz, Ricercatore Universitario
- Michele Palatiello, Assegnista di ricerca
- Irene Burelli, Dottoranda
- Massimo Persic, collaboratore esterno INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica)
Gallery
Calibox
Nella ricostruzione del singolo evento gamma primario è cruciale un’adeguata e costante calibrazione dei sensori della camera (fotomoltiplicatori PMT), per una corretta ricostruzione temporale ed energetica dei singoli eventi. La calibrazione dei PMT, ai fini di una risposta uniforme in termini di luce (flat-fielding), viene completamente gestita e fornita dalla CaliBox installata (fine 2018) al centro dello specchio del telescopio LST_1. La CaliBox consiste in una scatola di alluminio a diversi scompartimenti (per mantenere isolata la parte ottica) dove è alloggiato un laser a diodo impulsato a luce ultravioletta di lunghezza d’onda di 355 nm, opportunamente diffusa tramite una sfera integratrice in modo da raggiungere in maniera uniforme un’area di 2 metri quadrati coperta dai sensori della camera e posta a 28 metri di distanza. Per variare l’intensità dei fotoni uscenti dalla sfera su quattro ordini di grandezza, la CaliBox è equipaggiata con due ruote portafiltri UV di diverse densità ottiche. Ai fini di garantire un controllo diretto del fascio di luce in uscita, la CaliBox monta, opportunamente con l’ausilio di uno splitter, due sensori di prossimità per le basse (fotomoltiplicatore a valanga al silicio SiPM) e le alte intensità (fotodiodo PD). Il gruppo ottico interno è mantenuto stagno e sotto atmosfera controllata di azoto per prevenire l’insorgere di umidità, ossidazione e polvere. Il sistema è ulteriormente monitorato da sensori di temperatura e umidità in modo da tenere sotto controllo l’intera strumentazione e prevenire danni elettronici con interventi volti alla completa messa in sicurezza via software/hardware della componentistica interna. La CaliBox rappresenta un sistema indipendente pilotato da un computer ODROID-C1+ contenuto, assieme all’alimentazione e ai vari comparti interni, in un guscio a protezione dalle intemperie ambientali. Il sistema centrale di controllo è composto dal software installato in ambiente Linux all’interno dell’ODROID-C1+ equipaggiato in modo da rendere l’intera CaliBox un Server Open Platform Communication Unified Architecture (OPC-UA). Il protocollo OPC-UA Server consente la completa gestione da remoto (via ethernet) di tutte le parti hardware attive interne, come l’accensione e lo spegnimento del laser, la scelta dei filtri, il monitoraggio del numero di fotoni emessi e dei parametri ambientali quali temperatura, umidità nonché la completa integrazione con il software della Camera del telescopio e il Telescope Control Unit (TCU) grazie alla configurazione di una Final State Machine.
Questa prima CaliBox ha dimostrato, pur esposta alle intemperie atmosferiche, di mantenere ottime performance (richieste dal Technical Design Requirements di collaborazione) comparabili a quelle testate in laboratorio.
L'impegno del prossimo futuro consiste nella gestione del “daily check” della CaliBox e nell’implementazione delle migliorie, individuate dopo 2 anni di LST “commissioning”, per le prossime CaliBox.
