ИСТИНА

Для диапазона энергий гамма квантов выше 30 ТэВ (гамма-астрономия сверхвысоких энергий) существует ряд фундаментальных вопросов, ответов на которых сейчас нет и, прежде всего, это вопрос об источниках Галактических космических лучей в районе 1 ПэВ – области, непосредственно примыкающей к классическому «колену» в спектре всех частиц. Следует отметить, что до настоящего времени не было зарегистрировано ни одного фотона с энергией, превышающей 80 ТэВ. Гамма-обсерватория TAIGA (Tunka Advanced Instrument for cosmic ray physics and Gamma Astronomy) предназначена для исследования гамма-излучения и потоков заряженных космических лучей в энергетическом диапазоне 10^13 – 10^18 эВ. Установка будет включать сеть широкоугольных (угол обзора 0.6 стер., 60x60 градусов) черенковских станций (WACTA – Wide-Angle Cherenkov Timing Array) и 16 классических атмосферных черенковских телескопов (IACT – Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope) с анализом изображения (field of view FOV – 10x10 градусов), расположенные на площади 5 км^2, и мюонные детекторы общей площадью 2000 м^2, распределенные на площади 1 км^2 (рис.1). Ожидаемая интегральная чувствительность обсерватории для поиска локальных источников гамма-квантов в энергетическом диапазоне 30 – 200 ТэВ около 10 – 13 эрг/(см^2 сек) при 500 часах наблюдения источника (рис.2). В настоящее время в состав гамма-обсерватории входит 28 широкоугольных станций, расположенных на площади 0.25 км^2. В течение 2016 года будут развернуты 17 новых станций и первый атмосферный черенковский телескоп, а в 2017 года будут развернуты еще 13 станций. Таким образом, к началу зимнего сезона наблюдений 2017 – 2018 годов в состав прототипа будут входить 58 широкоугольных станций, расположенных на площади 0.6 км^2, и один телескоп (рис.4). Ожидаемая интегральная чувствительность прототипа при 200 часах наблюдения источника (примерно 2 сезона работы установки) в диапазоне 30 – 200 ТэВ около 10 – 12 эрг/(см^2 сек), что примерно соответствует интегральной чувствительности установки HAWC в этом энергетическом диапазоне за 5 лет работы (рис 1). Ожидаемая статистика на краю энергетического спектра за 2 сезона наблюдения источника (Таблица 1) составит от 90-180 ( Crab ) до 15-20 (Tycho).

1. Ввести в эксплуатацию прототип гамма-обсерватории TAIGA – новый гибридный детектор гамма-излучения высокой энергии. Прототип будет состоять из 58 широкоугольных оптических станций на площади 0.6 км^2 и одного атмосферного черенковского телескопа с анализом изображения (IACT). Доказать эффективность такой гибридной установки для гамма-астрономии высоких энергий (выше 30 ТэВ). 2. Провести необходимые калибровки камеры IACT. Осуществить регистрацию гамма-квантов от Крабовидной туманности в энергетическом диапазоне 2 – 10 ТэВ (при автономной работе телескопа) и доказать тем самым корректность работы телескопа и алгоритмов обработки данных. Провести наблюдение наиболее яркого внегалактического гамма-источника Mrk-421. 3. В течение 2-х зимних сезонов провести наблюдения наиболее ярких гамма-источников, попадающих в апертуру широкоугольных станций (см. Таблицу 1 в приложении). Провести анализ событий, регистрируемых одновременно черенковским телескопом и широкоугольными станциями. Проверить оценку ожидаемой чувствительности гибридной установки в диапазоне 30 – 200 ТэВ (около 10 – 12 эрг/(см^2 сек)). 4. Восстановить энергетические спектры гамма-квантов при энергиях выше 30 ТэВ для наиболее ярких галактических источников, которые в настоящее время слабо изучены (см рис. 9,10). 5. На основе статистики, полученной за 2 зимних сезона наблюдений (6.10^7 событий), провести исследование локальной анизотропии космических лучей и поиск новых локальных источников гамма-квантов. Исследовать новые методы выделения гамма-квантов из фона заряженных космических лучей при регистрации событий исключительно широкоугольными станциями. 6. Разработать теоретическую интерпретацию полученных результатов в рамках современных представлений о генерации гамма-квантов в космических объектах и их распространении в галактической и межгалактической среде.

Коллективом создана черенковская установка ШАЛ Тунка-133 (рис.7), расположенная в Тункинской долине, в 50 км от озера Байкал. Установка состоит из 175 оптических детекторов, расположенных на площади 3 км^2. В настоящее время установка Тунка-133 является крупнейшей в мире черенковской установкой, позволяющей проводить исследования космических лучей в диапазоне 10^15 – 10^18 эВ. Разработаны методы восстановления основных характеристик ШАЛ (положение оси, энергия, глубина максимума). Точность локации оси ШАЛ составляет 6 м, точность восстановления энергии – 15 %, а точность восстановления положения максимума развития ливня Xmax – 25 г/см^2. Одним из главных результатов, полученных по данным установки Тунка-133, является доказательство более сложной зависимости интенсивности космических лучей от энергии, чем предполагалось ранее (рис.8). В спектре наблюдаются две статистически обеспеченные особенности. При энергии 2•10^16 эВ показатель наклона энергетического спектра уменьшается примерно на 0.2, а при энергии 3•10^17 эВ значение показателя наклона спектра опять увеличивается примерно на 0.3. Укручение спектра при энергии 3•10^17 эВ можно интерпретировать как «второе колено» в энергетическом спектре, связанное с переходом от галактических к внегалактическим космическим лучам. Также на переход к внегалактическим космическим лучам указывает поведение спектра «тяжелых» и «легких» ядер. В спектре «тяжелых» ядер виден излом при энергии 8•10^16 эВ. По-видимому, это и есть предел ускорения галактических космических лучей. В течение последних нескольких лет коллектив работал над созданием прототипа установки TAIGA.

Будут представлены на летне-осенних конференциях и направлены в печать результаты по выделению гамма-квантов от Крабовидной туманности по данным сезона 2015 – 2016 гг. Будут представлены на конференциях результаты по разработке новых аппроксимирующих функций пространственного распределения черенковского света. Будут представлены на конференциях первые результаты моделирования эффективности режекции адронного фона и оценки чувствительности для поиска локальных источников гибридной установкой (WACTA+IACT). Будет завершена сборка и тестирование регистрирующей камеры телескопа. Первый IACT буде введен в эксплуатацию. Будут проведены светодиодная калибровка камеры и тестовые сеансы регистрации. Будет накоплен банк данных о ШАЛ, зарегистрированных широкоугольными станциями и IACT. Будет проведен первый сеанс наблюдения источника гамма-квантов в Крабовидной туманности. Будут введены в эксплуатацию 17 новых широкоугольных станций. Будет проведена временная калибровка широкоугольных станций с использованием светодиодного источника повышенной яркости