Cientistas do consórcio Cherenkov Telescope Array (CTA) detectaram raios gama da Nebulosa do Caranguejo usando um protótipo Schwarzschild-Couder Telescope (pSCT), comprovando a viabilidade do novo design de telescópio para uso em astrofísica de raios gama. Os resultados foram anunciados em 1º de junho na 236ª reunião da American Astronomical Society (AAS).

"Por cinquenta anos, o design óptico dos telescópios de raios gama permaneceu essencialmente inalterado. Com esta detecção, verificamos um novo, design óptico mais sofisticado que não só oferece desempenho óptico enormemente melhor, mas permite que a câmera aproveite ao máximo os desenvolvimentos modernos em sensores de luz e eletrônicos de alta velocidade, "disse David Williams, pesquisador do Instituto Santa Cruz de Física de Partículas (SCIPP) e professor adjunto de física da UC Santa Cruz.

Williams é co-investigador principal de uma bolsa da National Science Foundation que apoiou a construção do telescópio. Seu grupo na UCSC, incluindo vários alunos de graduação, testou sensores de luz para selecionar o melhor modelo a ser usado na câmera telescópica e para calibrar o desempenho dos sensores adquiridos para a câmera.

A Nebulosa do Caranguejo é a fonte estável mais brilhante de raios gama de altíssima energia no céu, portanto, detectá-lo é uma excelente forma de provar a tecnologia pSCT. "Os raios gama de altíssima energia são os fótons de maior energia do universo e podem revelar a física de objetos extremos, incluindo buracos negros e possivelmente matéria escura, "disse Justin Vandenbroucke, da Universidade de Wisconsin.

Detectar a Nebulosa do Caranguejo com o pSCT é mais do que apenas uma prova positiva para o próprio telescópio. Ele estabelece as bases para o futuro da astrofísica de raios gama. "Estabelecemos esta nova tecnologia, que medirá os raios gama com precisão extraordinária, permitindo futuras descobertas, "disse Vandenbroucke." A astronomia de raios gama já está no cerne da nova astrofísica de multimensageiros, e a tecnologia SCT o tornará um participante ainda mais importante. "

O uso de espelhos secundários em telescópios de raios gama é um salto em inovação para o campo relativamente jovem da astronomia de raios gama de altíssima energia, que mudou rapidamente para a vanguarda da astrofísica. "Há pouco mais de três décadas, Os raios gama TeV foram detectados pela primeira vez no universo, da Nebulosa do Caranguejo, na mesma montanha onde o pSCT fica hoje, "disse Vandenbroucke." Foi um grande avanço, abrindo uma janela cósmica com uma luz que é um trilhão de vezes mais energética do que podemos ver com nossos olhos. Hoje, estamos usando duas superfícies de espelho em vez de uma, e sensores e eletrônicos de última geração para estudar esses raios gama com resolução requintada. "

A detecção inicial da nebulosa do caranguejo pSCT foi possível aproveitando as principais observações simultâneas com o observatório co-localizado VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System). "Nós evoluímos com sucesso a maneira como a astronomia de raios gama tem sido feita durante os últimos 50 anos, permitindo que os estudos sejam realizados em muito menos tempo, "disse o Diretor da VERITAS, Wystan Benbow." Vários programas futuros serão particularmente beneficiados, incluindo pesquisas do céu de raios gama, estudos de objetos grandes, como restos de supernova, e procura por contrapartes de multi-mensageiros para neutrinos astrofísicos e eventos de ondas gravitacionais. "

Localizado no Observatório Fred Lawrence Whipple no Amado, Arizona — o maior site de campo do Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian — o pSCT foi inaugurado em janeiro de 2019 e viu as primeiras luzes na mesma semana. Após um ano de trabalho de comissionamento, cientistas começaram a observar a nebulosa do caranguejo em janeiro de 2020, mas o projeto está em andamento há mais de uma década.

"Propusemos pela primeira vez a ideia de aplicar este sistema óptico à astronomia de raios gama do TeV há quase 15 anos, e meus colegas e eu construímos uma equipe nos Estados Unidos e internacionalmente para provar que essa tecnologia poderia funcionar, "disse o investigador principal do pSCT, Vladimir Vassiliev." O que antes era um limite teórico para esta tecnologia está agora bem ao nosso alcance, e as melhorias contínuas na tecnologia e na eletrônica aumentarão ainda mais nossa capacidade de detectar raios gama em resoluções e taxas com as quais apenas sonhamos. "

O pSCT foi possível graças às contribuições de trinta instituições e cinco parceiros essenciais da indústria nos Estados Unidos, Itália, Alemanha, Japão, e México, e por financiamento através do Programa de Instrumentação de Pesquisa Principal da Fundação Nacional de Ciências dos EUA.

"Que um protótipo de uma futura instalação possa produzir um resultado tão tentador promete grandes coisas a partir de sua capacidade total, e exemplifica o interesse da NSF em criar novas possibilidades que podem permitir que um projeto atraia um apoio generalizado, "disse Nigel Sharp, gerente de programa da NSF.

Agora demonstrado, as inovações atuais e futuras do pSCT estabelecerão as bases para uso no futuro observatório Cherenkov Telescope Array, que hospedará mais de 100 telescópios de raios gama. "O pSCT, e suas inovações, estão descobrindo caminhos para o futuro CTA, que detectará fontes de raios gama cerca de 100 vezes mais rápido do que VERITAS, que é o estado da arte atual, "disse Benbow." Nós demonstramos que esta nova tecnologia para astronomia de raios gama funciona inequivocamente. A promessa está aí para este novo observatório inovador, e abre um enorme potencial de descoberta. "