最大伽马射线计划全球“相亲”

CTA将是世界上最大的伽马射线捕捉设备。它将在每个半球建立一个天文台。

资料来源:g.p？雷兹/伊航/SMM/CTA财团；DESY

这是我们的记者冯唐

一个雄心勃勃的项目计划建造两个完全相同的观测站来探测来自深空的伽马射线--高能光子。该项目已经进入了一个重要阶段，27个国家的成员必须从九个可行的地点中选择两个来建造切伦科夫望远镜阵列。各国正争相为2亿欧元的设备提供“住宿”。他们必须在本月底之前提交一份由国家提供的位置报告。

据悉，CTA联盟将于12月底做出最终选择。“现在一切都不确定，任何人都可能赢。”阿根廷探索技术和天体粒子协会主席阿尔贝托·埃切戈延说。上个月，他在CTA会议上提交了该国的拟议位置。

CTA将是世界上最大的伽马射线捕捉设备。它的两个观测站的相关能力是现有设备的10倍。CTA试图回答两个重要的问题:宇宙射线从哪里来以及难以捉摸的暗物质是什么。

“CTA还将向我们展示未知和未知的事件，即我们从未见过的新现象。”洛杉矶加利福尼亚大学的天体物理学家Rene Ong说。翁也是中国注册商标协会联盟的1000名成员之一。六个国家——美国、墨西哥和西班牙(竞标北部站点)、阿根廷、智利和纳米比亚(竞标南部站点)——将与提供多个位置的几个国家展开激烈竞争。

伽马射线是电磁辐射中最具能量的形式，它来自宇宙环境的剧烈变化，如超新星爆炸、中子星和黑洞。探测地面上的伽马射线非常困难，主要是因为它们与高层大气中的空气粒子碰撞。然而，这些碰撞也会引发次级粒子的级联，其中一些粒子开始超过空气中的光速，当它们减速时会发出被称为切伦科夫辐射的蓝色闪光。

切伦科夫望远镜的原始原型，包括一个垃圾桶、一个探照灯反射器和一个光子探测器，于20世纪50年代在英国组装。目前，世界上最大的切伦科夫望远镜是位于纳米比亚的高能立体望远镜系统，它有五面镜子，最大直径为28米。

因为切伦科夫望远镜不能远眺深空，所以不需要高精度的镜子或标准天文望远镜所要求的山顶位置。相反，这些望远镜需要大的收集区域和灵敏的电子设备来捕捉背景噪音中微弱的切伦科夫闪光。从这些信号中，天文学家可以推断出每一条入射伽马射线的能量及其来源的大致位置。

CTA将是第一个全球规模的设备，能够观测整个天空，覆盖前所未有的伽马射线能量范围，从20千兆电子伏到100多万亿电子伏，因此它也有望捕获以前未发现的粒子。要做到这一点，大约需要120台望远镜:北方的望远镜阵列需要20台才能覆盖1平方公里以上的面积，而南方的望远镜阵列需要100台才能覆盖10平方公里以上的面积。

“这是一个终极实验，从来没有人计划建造更大的这种望远镜阵列。”亚利桑那州惠普尔天文台的特雷弗·韦克斯说，他是美国切伦科夫望远镜的先驱。惠普尔天文台维尔望远镜的发言人杰米·霍尔德说:“它的科学回报是100%有保证的。到目前为止，只有大约10%的天空以合理的灵敏度被观测到。”

选址的主要标准是需要有大量无云的夜晚、低湿度和低风速。研究人员在所有地点安装气象仪器，观察至少一年，并研究当地气候报告、卫星数据和全球气候模型。CTA联盟还将考虑项目成本、通信系统以及国家愿意为基础设施和设备贡献多少。一旦建设地点确定，将开始就各国的资金水平进行谈判。

“我们面临着‘先有鸡还是先有蛋’的局面，因为在选择地质学之前，资助机构不愿意承诺任何金额的资助，而联盟则想知道有多少国家会提供资助，以便做出更好的决定。”墨西哥国立自治大学的物理学家李浩说。

西班牙提议在特内里费岛建一个网站，但没有提到资金。"经济部支持我们，但没有承诺任何资金."加那利群岛天体物理学会的拉蒙·加西亚·洛佩斯说。尽管当地的CTA科学家为智利提出了一个候选站点，但该国不是CTA联盟的成员。

然而，也有一些积极的信号。埃切戈延提到，阿根廷“决心在基础设施和科学仪器方面投入1200万欧元，一旦我们被选中，我们的项目也将得到巴西的支持”。CTA被包括在欧盟的科学基础设施路线图中，并且是七个最高优先级的粒子物理实验之一。

美国国家科学院在2010年支持了这个为期10年的天文调查项目。今年4月，德国交付了第一台中型望远镜的原型，并承诺为该项目提供5000万欧元。

一旦在月底之前提交了完整的地址报告，外部委员会将对信息进行分析。最终的选址结果将于12月由CTA财务委员会公布，该委员会代表“来自主要项目资助国家的大约15家基金机构”。CTA联合发言人马内尔·马丁内斯说。“我们将能够在2014年底批准建设，我对此非常乐观。”CTA发言人沃纳·霍夫曼说，CTA将在2017年前交付其首项科学成果，并将在2019年底全面投入运行。

γ射线

伽马射线是在核能级跃迁和转换期间释放的辐射，是波长小于0.2埃的电磁波。γ射线具有很强的穿透力，可用于工业中的探伤或装配线的自动控制。此外，它对细胞是致命的，可用于医学治疗肿瘤。

因为具有TeV能量的伽马光子的数量很少，地基上的切伦科夫望远镜可以弥补这个波段空间观测的不足。伽马射线不能穿透地球大气层。当具有最高能量的光子与大气相互作用并被吸收时，光子的能量可以传递给大气粒子(如原子核)，导致原子核分裂并触发空气簇射。当初始原子核接收到足够高的能量并且其速度接近光速时，就会产生窄角切伦科夫辐射。切伦科夫望远镜接收高能辐射产生的次级光子。切伦科夫望远镜获得的图像反映了由集群发射产生的切伦科夫辐射的方向和强度在望远镜接收方向上的投影，从而可以估计引起集群发射的伽马光子的能量和来源。

目前，著名的伽马射线观测站主要有:惠普尔天文台和CANGAROO基地。前者位于美国的霍普金斯山，以美国天文学家弗雷德·劳伦斯·惠普尔的名字命名。它因第一次地面伽马射线天文观测而闻名。该站开发了大气车臣辐射成像技术，并在20世纪80年代早期用于惠普尔的10米伽马射线望远镜。CANGAROO已经发展成为一个由四个直径10米的伽马射线望远镜组成的望远镜阵列。高能立体望远镜系统用于探测伽马射线进入大气层时的切伦科夫辐射。

《中国科学新闻》(第三版国际，2013年6月27日)