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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.76.2015.tde-22042015-141655
Documento
Autor
Nome completo
Jessica Dipold
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2015
Orientador
Banca examinadora
Souza Filho, Luiz Vitor de (Presidente)
Líbero, Valter Luiz
Oliveira, Marcelo Augusto Leigui de
Título em português
Caracterização de espelhos para telescópios Cherenkov
Palavras-chave em português
Cherenkov Telescope Array
Espelhos
Raios Gama
Resumo em português
Raios γ são bilhões de vezes mais energéticos do que fótons visíveis. Através da observação do céu deste tipo de radiação, é possível estudar fenômenos como a emissão de pulsares, explosões de super-novas e buracos negros, assim como os gamma ray bursts, um dos maiores mistérios da astrofísica moderna. A principal técnica utilizada em observações astrofísicas de chuveiros de raios gama é a de Telescópios Cherenkov, que podem reconstruir a trajetória dos raios γ durante sua passagem pela atmosfera observando sua emissão de radiação Cherenkov. Existem diversos experimentos bem-sucedidos em funcionamento, tais como o VERITAS, MAGIC e HESS. Em 2006 um novo observatório foi proposto, com sensibilidade uma ordem de magnitude melhor do que qualquer outro experimento atual. O Cherenkov Telescope Array (CTA) está em fase de protótipo e consistirá de dezenas de telescópios Cherenkov com tamanhos diferentes, o que possibilitará observações em muitas regiões do espectro de raios-gama. O local onde o Observatório será construído ainda não foi decidido e dependerá de várias características geográficas para fazê-lo, sendo uma das mais importantes o tempo observável, que deve ser maior que 80% para ser considerado um possível sítio. Um dos locais propostos está localizado no norte da Argentina, próximo a cidade de San Antonio de los Cobres (SAC). Para demonstrar a funcionalidade deste sítio, desenvolvemos um espaço nele para testarmos propriedades ópticas e mecânicas de quatro protótipos de espelhos, além de suas condições de condensação. Três espelhos hexagonais de Vidro/Alumínio, com 1.5 metro de base a base, e um circular de Vidro/Dielétrico, com 0.5 metro de diâmetro, todos esféricos com posição focal entre 15 e 16 metros, foram expostos às condições ambientais de SAC entre Maio/2013 até Junho/2014. Para testar a variação de suas propriedades mecânicas e ópticas devido à exposição ao meio ambiente, dois testes foram feitos. Para verificar se a curvatura e a suavidade da superfície do espelho permaneceram constantes, desenvolvemos um equipamento no Instituto de Física de São Carlos que media a posição 2f do espelho, onde a imagem formada é a menor possível, e sua Função Ponto Espalhada (PSF), o tamanho da imagem feita pelo espelho de uma fonte pontual. A posição focal de todos os espelhos foi estável, enquanto a PSF mostrou pequena variação com o tempo de exposição. Para analisar a variação da cobertura de Alumínio (ou Dielétrico) dos espelhos, nós medimos a variação de sua refletividade através de um espectrômetro portátil fabricado pela OceanOptics, que mostrou que a cobertura dielétrica é mais estável do que as de alumínio, que tiveram pouca variação entre 300-400 nm na maioria dos espelhos. E, finalmente, para testar a qualidade de ambos espelho e sítio em relação ao tempo de observação, calculamos o tempo de condensação de dois espelhos durante o período de Dezembro/2013 até Abril/2014. Isso foi feito através de fotos automáticas de cada espelho tiradas remotamente durante a noite, fornecendo dados para observar mudanças diárias na qualidade da superfície dos espelhos assim como a condensação durante esse período. Um espelho de Vidro/Alumínio e um de Vidro/Dielétrico foram testados, ambos mostrando resultados similares de aproximadamente 20% de tempo condensado, estando no limite de 80% de tempo observacional mencionado anteriormente. Através destes testes, pretendemos criar uma técnica para o cálculo do tempo de condensação em qualquer sítio proposto.
Título em inglês
Mirror characterizing for Cherenkov telescopes
Palavras-chave em inglês
Cherenkov Telescope Array
Gamma-rays
Mirrors
Resumo em inglês
γrays are billions of times more energetic than visible photons. Through the sky observation of this kind of radiation, it is possible to study phenomena like the emission from pulsars, supernova explosions and black holes, as well as gamma-ray bursts, one of the greatest mysteries in modern astrophysics. The main technique used in astrophysical observations in γrays showers is the Imaging Cherenkov Telescope, which can image the trajectory of gamma-rays during its passage through the atmosphere by observing its emission of Cherenkov radiation. There are several successful experiments currently functioning, such as VERITAS, MAGIC and HESS. In 2006, a new observatory was proposed, which will have a sensitivity one order of magnitude better than any of the existing experiments. The Cherenkov Telescope Array (CTA) is in its prototype phase, and will consist of several tens of Cherenkov telescopes with different sizes, which will allow observation in many different regions of the γray spectrum. The site where the Observatory will be constructed is not yet decided and it depends on several geographic characteristics, being one of the most important the observable time, which must be above 80% to be considered as a possible site. One of the proposed sites is located in the north of Argentina, close to the city of San Antonio de los Cobres (SAC). In order to demonstrate the functionality of the site, we developed a facility on it to test the optical and mechanical properties of four prototype mirrors, as well as their condensation conditions. Three Glass/Aluminum hexagonal mirrors, 1.5 meters flat-to-flat diameter, and one Glass/Dielectric circular mirror, 0.5 meters diameter, all spherical with a focal position between 15 and 16 meters, were exposed to the environmental conditions of SAC from May/2013 until June/2014. To test their mechanical and optical properties variation because of the environment exposition, two different tests were made. In order to verify if the curvature and smoothness of the mirrors remained constant, we developed an equipment at the Instituto the Física de São Carlos that could measure the 2f position, where the image formed by the mirror is the smallest as possible, and its Point Spread Function (PSF), the size of the image made by the mirror by a punctual source. The focal position of all mirrors was proven to be stable, while the PSF size showed small differences according to the exposure time. To examine the variation of the Aluminum (or Dielectric) covering of the mirrors we measured its reflectivity variation through a portable spectrometer fabricated by OceanOptics, which showed that the dielectric covering is more stable than the Aluminum ones, even though all of them showed a constant reflectivity in the 300-400 nm range. And finally, to test both the mirror and the site quality in observation time, we calculated the condensed time of two mirrors during the period of December/2013 until April/2014. This was done through automatic pictures of each mirror taken remotely during the night, providing data to observe daily changes in the quality of the mirror surfaces as well as if there is condensation during that period. A Glass/Aluminum mirror and the Glass/Dielectric one were tested, both showing very similar results of around 20% condensed time, being in the limit of the 80% of observational time forementioned. Through these tests, we intend to provide a technique for the calculation of condensed time in any proposed site.
 
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Data de Publicação
2015-04-29
 
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