MAGIC ( Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescopes , später umbenannt in MAGIC Florian Goebel Telescopes ) ist ein System aus zwei abbildenden atmosphärischen Tscherenkow-Teleskopen (IAC ) am Observatorium Roque de los Muchachos auf La Palma , einer der Kanarischen Inseln , in etwa 2.200 m Höhe über dem Meeresspiegel. MAGIC detektiert Teilchenschauer, die von Gammastrahlen freigesetzt werden , mithilfe der Tscherenkow-Strahlung , d. h. des schwachen Lichts, das von den geladenen Teilchen in den Schauern abgestrahlt wird. Mit einem Durchmesser der reflektierenden Fläche von 17 m war es vor dem Bau von HESS II das größte der Welt .

Das erste Teleskop wurde 2004 gebaut und fünf Jahre lang im Standalone-Modus betrieben. Ein zweites MAGIC-Teleskop (MAGIC-II) in einer Entfernung von 85 m (279 ft) vom ersten begann im Juli 2009 mit der Datenerfassung. Zusammen bilden sie das stereoskopische System des MAGIC-Teleskops. [ 1 ]

MAGIC ist empfindlich gegenüber kosmischen Gammastrahlen mit Photonenenergien zwischen50  GeV (später gesenkt auf25 GeV ) und30  TeV aufgrund seines großen Spiegels; andere bodengebundene Gammastrahlen-Teleskope beobachten typischerweise Gammaenergien über200–300 GeV . Die Gammastrahlenastronomie nutzt auch satellitengestützte Detektoren, die Gammastrahlen im Energiebereich von keV bis zu mehreren GeV nachweisen können.

Ziele

Ziel des Teleskops ist es, vor allem Photonen aus folgenden Quellen zu erfassen und zu untersuchen:

Beobachtungen

MAGIC hat gepulste Gammastrahlen mit Energien über 1000 gefunden.Die 25 GeV stammen vom Krebs-Pulsar . Das Vorhandensein solch hoher Energien deutet darauf hin, dass sich die Gammastrahlenquelle weit außerhalb der Magnetosphäre des Pulsars befindet , was vielen Modellen widerspricht. [ 4 ]

Im Jahr 2006 detektierte das MAGIC-Teleskop hochenergetische kosmische Strahlung vom Quasar 3C 279 , der 5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Dies verdoppelt die bisherige Rekordentfernung für den Nachweis hochenergetischer kosmischer Strahlung. Das Signal deutete darauf hin, dass das Universum transparenter ist als bisher aufgrund von Daten optischer und infraroter Teleskope angenommen. [ 5 ]

MAGIC beobachtete keine kosmische Strahlung, die aus dem Zerfall dunkler Materie in der Zwerggalaxie Draco resultiert . [ 6 ] Dies untermauert die bekannten Einschränkungen für Modelle dunkler Materie.

Eine weitaus kontroversere Beobachtung ist die Energieabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit kosmischer Strahlung, die von einem kurzen Ausbruch des Blazars Markarian 501 am 9. Juli 2005 ausging. Photonen mit Energien zwischenDie 1,2- und 10-TeV-Strahlen trafen 4 Minuten nach denen in einem Band zwischen ein.0,25 und 0,6 TeV . Die durchschnittliche Verzögerung betrug30 ± 12 ms/GeV der Photonenenergie. Wenn die Beziehung zwischen der Raumgeschwindigkeit eines Photons und seiner Energie linear ist, dann entspricht die relative Differenz der Lichtgeschwindigkeit dem negativen Wert der Photonenenergie geteilt durch 30 ± 12 ms/GeV.2 × 10<sup> 17  </sup> GeV . Die Forscher vermuten, dass die Verzögerung durch das Vorhandensein von Quantenschaum erklärt werden könnte , dessen unregelmäßige Struktur Photonen möglicherweise um winzige Beträge verlangsamt, die nur auf kosmischen Distanzen, wie im Fall des Blazars, nachweisbar sind. [ 7 ] [ 8 ]

Technische Spezifikationen

Magie an einem sonnigen Tag
Einzelne Segmente eines MAGIC-Teleskops

Jedes Teleskop hat folgende Spezifikationen:

  • Eine Sammelfläche von 2.540 Quadratfuß (236 m² ) , bestehend aus 956 einzelnen Aluminiumreflektoren der Größe 20×20 Zoll (50×50 cm).
  • Ein leichter Kohlefaserrahmen
  • Ein Detektor, bestehend aus 396 separaten hexagonalen Photomultiplier-Detektoren im Zentrum (Durchmesser: 1,00 Zoll (2,54 cm)), die von 180 größeren Photomultiplier-Detektoren (Durchmesser: 1,50 Zoll (3,81 cm)) umgeben sind.
  • Die Datenübertragung erfolgt in analoger Form über Glasfaserkabel .
  • Die Signaldigitalisierung erfolgt über einen ADC (Analog-Digital-Wandler) mit einem2 GHz Abtastrate
  • Gesamtgewicht von 88.000 lb (40.000 kg)
  • Reaktionszeit für die Bewegung zu einer beliebigen Position am Himmel weniger als 22 Sekunden [ 9 ]

Jeder Spiegel des Reflektors besteht aus einer Aluminium- Wabenstruktur und einer 5 mm dicken Platte aus AlMgSi-Legierung, die mit einer dünnen Quarzschicht zum Schutz der Spiegeloberfläche vor Alterung überzogen ist . Die Spiegel sind sphärisch geformt, wobei die Krümmung der Position der Platte im Parabolreflektor entspricht . Der Reflexionsgrad der Spiegel beträgt etwa 90 %. Der Brennfleck hat eine Größe von etwa der Hälfte eines Pixels (< 0,05°).

Durch die Ausrichtung des Teleskops auf unterschiedliche Elevationswinkel weicht der Reflektor aufgrund der Schwerkraft von seiner idealen Form ab. Um dieser Verformung entgegenzuwirken, ist das Teleskop mit einem aktiven Spiegelregelungssystem ausgestattet . Auf jedem Paneel sind vier Spiegel montiert, die jeweils mit Aktuatoren versehen sind , welche ihre Ausrichtung im Rahmen anpassen können.

Das Signal des Detektors wird über 162 m (531 ft) Glasfasern übertragen. Das Signal wird digitalisiert und in einem Speicher abgelegt.32 kB Ringpuffer. Das Auslesen des Ringpuffers führt zu einer Totzeit von20 μs , was bei der Auslegungsauslöserate von etwa 2 % einer Totzeit von entspricht.1 kHz . Die Auslesung wird von einem FPGA -Chip ( Xilinx ) auf einer PCI-Karte (MicroEnable) gesteuert. Die Daten werden mit einer Geschwindigkeit von bis zu … auf einem RAID-0- Festplattensystem gespeichert.20  MB/s , was zu bis zu800 GB Rohdaten pro Nacht. [ 9 ]

Kooperierende Institutionen

In nebligen Nächten waren die Laserreferenzstrahlen der aktiven Steuerung von MAGIC sichtbar. Für den Betrieb werden sie jedoch nicht mehr benötigt.

Physiker aus über zwanzig Institutionen in Deutschland, Spanien, Italien, der Schweiz, Kroatien, Finnland, Polen, Indien, Bulgarien und Armenien arbeiten bei der Nutzung von MAGIC zusammen; die größten Gruppen befinden sich an

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ Cortina, Juan; Goebel, Florian; Schweizer, Thomas (Juli 2009). Technischer Status der MAGIC-Teleskope . Tagungsband der 31. Internationalen Konferenz über Kosmische Strahlung. Lodz, Polen: MAGIC-Kollaboration. arXiv : 0907.1211 .
  2. ^ Albert, J. (2006). „Variable Very-High-Energy Gamma-Ray Emission from the Microquasar LS I +61 303“. Science . 312 ( 5781): 1771–3 . arXiv : astro-ph/0605549 . Bibcode : 2006Sci...312.1771A . doi : 10.1126/science.1128177 . PMID 16709745. S2CID 20981239 .  
  3. ^ Albert, J.; Aliu, E.; Anderhub, H.; Antoranz, P.; Armada, A.; Baixeras, C.; Barrio, JA; Bartko, H.; Bastieri, D.; Becker, JK; Bednarek, W.; Berger, K.; Bigongiari, C.; Biland, A.; Bock, RK; Bordas, P.; Bosch-Ramon, V.; Bretz, T.; Britvitch, I.; Camara, M.; Carmona, E.; Chilengarian, A.; Coarasa, JA; Commichau, S.; Contreras, JL; Cortina, J.; Costado, MT; Curtef, V.; Danielyan, V.; et al. (2007). „Sehr hochenergetische Gammastrahlenstrahlung vom binären Cygnus X-1 des Schwarzen Lochs mit Sternmasse“ (PDF) . Das Astrophysikalische Journal . 665 (1): L51– L54. arXiv : 0706.1505 . Bibcode : 2007ApJ...665L..51A . doi : 10.1086/521145 . hdl : 2445/150806 . S2CID 15302221 . 
  4. ^ Aliu, E.; Anderhub, H.; Antonelli, LA; Antoranz, P.; Backes, M.; Baixeras, C.; Barrio, JA; Bartko, H.; Bastieri, D.; Becker, JK; Bednarek, W.; Berger, K.; Bernardini, E.; Bigongiari, C.; Biland, A.; Bock, RK; Bonnoli, G.; Bordas, P.; Bosch-Ramon, V.; Bretz, T.; Britvitch, I.; Camara, M.; Carmona, E.; Chilengarian, A.; Commichau, S.; Contreras, JL; Cortina, J.; Costado, MT; Covino, S.; et al. (2008). „Beobachtung gepulster Strahlen über 25 GeV vom Krebspulsar mit MAGIC“. Wissenschaft . 322 (5905): 1221–1224 . arXiv : 0809.2998 . Bibcode : 2008Sci...322.1221A . doi : 10.1126/ science.1164718 . PMID 18927358. S2CID 5387958 .  
  5. ^ Albert, J.; Aliu, E.; Anderhub, H.; Antonelli, LA; Antoranz, P.; Backes, M.; Baixeras, C.; Barrio, JA; Bartko, H.; Bastieri, D.; Becker, JK; Bednarek, W.; Berger, K.; Bernardini, E.; Bigongiari, C.; Biland, A.; Bock, RK; Bonnoli, G.; Bordas, P.; Bosch-Ramon, V.; Bretz, T.; Britvitch, I.; Camara, M.; Carmona, E.; Chilengarian, A.; Commichau, S.; Contreras, JL; Cortina, J.; Costado, MT; et al. (27.06.2008). „Sehr energiereiche Gammastrahlen von einem entfernten Quasar: Wie transparent ist das Universum?“ Wissenschaft . 320 (5884): 1752–4 . arXiv : 0807.2822 . Bibcode : 2008Sci ... 320.1752M . doi : 10.1126/science.1157087 . PMID 18583607. S2CID 16886668 .  
  6. ^ Albert, J.; et al. (2008). „Obergrenze für die γ-Strahlung oberhalb von 140 GeV aus der Zwergsphäroidgalaxie Draco“. The Astrophysical Journal . 679 (1): 428–431 . arXiv : 0711.2574 . Bibcode : 2008ApJ...679..428A . doi : 10.1086/529135 . S2CID 15324383 . 
  7. ^ Albert, J.; Ellis, John; Mavromatos, NE; Nanopoulos, DV; Sakharov, AS; Sarkisyan, EKG (2008). „Untersuchung der Quantengravitation mithilfe von Photonen eines Ausbruchs des aktiven Galaxienkerns Markarian 501, beobachtet mit dem MAGIC-Teleskop“. Physics Letters B. 668 ( 4): 253–257 . arXiv : 0708.2889 . Bibcode : 2008PhLB..668..253M . doi : 10.1016/j.physletb.2008.08.053 . S2CID 5103618 . 
  8. ^ Lee, Chris (23.08.2007). „Erforschung der Quantengravitation mit Gammastrahlenausbrüchen“ . Ars Technica . Abgerufen am 10.08.2022 .
  9. ^ a b Cortina, J.; für die MAGIC-Kollaboration (2005). „Status und erste Ergebnisse des MAGIC-Teleskops“. Astrophysics and Space Science . 297 (2005): 245–255 . arXiv : astro-ph/0407475 . Bibcode : 2005Ap&SS.297..245C . doi : 10.1007/s10509-005-7627-5 . S2CID 16311614 .