甚大面積伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡原型樣機(jī)開展系列束流試驗(yàn)
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡是一類專門用于探測宇宙中高能伽馬射線的望遠(yuǎn)鏡。它們能夠捕捉到宇宙中最強(qiáng)大的射線，這些射線往往源自于超大質(zhì)量黑洞、中子星碰撞以及超新星爆炸等極端天體現(xiàn)象。
中國科學(xué)院紫金山天文臺牽頭，聯(lián)合中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國科學(xué)院近代物理研究所、中國科學(xué)院國家天文臺、臨沂大學(xué)等(以下簡稱“VLAST合作組”)，提出了甚大面積伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡(Very Large Area gamma-ray Space Telescope, VLAST)計(jì)劃。VLAST是下一代旗艦型空間伽馬射線望遠(yuǎn)鏡，致力于引領(lǐng)下一個(gè)十年基于GeV伽馬射線的暗物質(zhì)間接探測及時(shí)域天文研究。
VLAST合作組針對探測需求，聚焦粒子鑒別、徑跡探測、能量測量等三類關(guān)鍵技術(shù)，突破了高效反符合探測器和超大動(dòng)態(tài)范圍能量精確測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高信噪比的單面硅微條探測器的自主研制。據(jù)悉，VLAST的綜合性能預(yù)期將比美國費(fèi)米衛(wèi)星的大面積伽馬望遠(yuǎn)鏡(FERMI-LAT)提升10倍以上，瞄準(zhǔn)暗物質(zhì)間接探測、高能時(shí)域天文、宇宙線物理、宇宙物理學(xué)以及基本物理規(guī)律檢驗(yàn)等多個(gè)前沿領(lǐng)域開展研究。
為了驗(yàn)證VLAST的設(shè)計(jì)性能和關(guān)鍵技術(shù)，其原型樣機(jī)在歐洲核子中心(CERN)進(jìn)行了為期約一個(gè)月的高能粒子束流測試標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。本次束流測試在CERN的質(zhì)子同步加速器(PS)和超級質(zhì)子同步加速器(SPS)H8兩條束線進(jìn)行，分別利用不同能量的電子、光子、強(qiáng)子(π介子)和重離子(如150 GeV/n的鉛打靶產(chǎn)生)對樣機(jī)進(jìn)行了全面測試。
在測試中，科學(xué)家們針對量能器樣機(jī)的能量線性、能量分辨、成像能力等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行了初步研究，共獲取了約500萬高能粒子事件數(shù)。實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果表明，反符合探測器采用波長位移光纖實(shí)現(xiàn)低噪聲的均勻讀出，對單電荷最小電離粒子(MIPs)探測效率達(dá)到99.93%以上；單面硅微條徑跡探測器位置分辨優(yōu)于40μm；高顆粒度大動(dòng)態(tài)范圍的量能器探測單元實(shí)現(xiàn)了200萬倍大動(dòng)態(tài)范圍的能量精確測量。探測器的探測效率、位置分辨、動(dòng)態(tài)范圍等指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)。
VLAST卓越的探測能力和廣泛的科學(xué)目標(biāo)，將使我們能夠更深入地探索宇宙的奧秘，揭示暗物質(zhì)、黑洞等極端天體現(xiàn)象的本質(zhì)，以及檢驗(yàn)基本物理規(guī)律在極端條件下的適用性。此外，VLAST的研制和發(fā)射還將促進(jìn)多學(xué)科交叉融合，推動(dòng)天文學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的共同發(fā)展。未來，隨著VLAST的正式投入使用，我們有理由相信，它將為人類揭開更多宇宙的秘密，推動(dòng)天文學(xué)研究進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代。
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