De bouw is begonnen op een observatorium voor kosmische straling in de woestijn van Utah, dat tien keer gevoeliger moet zijn dan eerdere instrumenten. De "Telescope Array" bestaat uit 564 tafelvormige detectoren, die douches van subatomaire deeltjes meten die naar de aarde vallen wanneer kosmische straling in wisselwerking staat met onze atmosfeer. Het zal wetenschappers helpen de bron van kosmische straling met ultrahoge energie te ontdekken.
Dankzij twee Amerikaanse agentschappen wordt de bouw op een kosmischestraal-observatorium van $ 17 miljoen ten westen van Delta, Utah, versneld: het Bureau of Land Management heeft een vergunning verleend en de National Science Foundation heeft een subsidie van $ 2,4 miljoen goedgekeurd.
Bekend als de Telescope Array, zal het observatorium "10 keer gevoeliger zijn dan eerdere experimenten, en we hopen dat het ons in staat zal stellen om eindelijk het mysterie van de oorsprong van deze ultrahoge energiedeeltjes [kosmische stralen] op te lossen die de aarde bombarderen, ”, Zegt Pierre Sokolsky, professor en voorzitter van de natuurkunde aan de Universiteit van Utah.
"We hebben de krachtigste kosmische-stralingsdetector op het noordelijk halfrond", zegt Charlie Jui (uitgesproken als Ray), hoogleraar natuurkunde aan de University of Utah.
Sokolsky zegt dat het nieuwe observatorium in het voorjaar van 2007 met proefdraaien moet beginnen, tegen het einde van de zomer van 2007 volledig operationeel moet zijn en vervolgens tot tien jaar lang onderzoek moet kunnen doen.
Tot dusver is de Telescope Array gefinancierd door $ 14,4 miljoen van de Japanse regering. Met de driejarige subsidie van $ 2,4 miljoen van de National Science Foundation kunnen natuurkundigen van de Universiteit van Utah apparatuur verplaatsen naar de nieuwe faciliteit vanuit hun verouderde hoge resolutie Fly's Eye-kosmische straalobservatorium op de Dugway Proving Ground van het Amerikaanse leger.
Structuren en wegen zullen slechts 50 hectare beslaan van de 400 vierkante mijl experimentele site.
Op drie locaties op het vertrouwde schoolterrein van Utah zullen gebouwen 'fluorescentiedetectoren' huisvesten, dit zijn sets spiegels en opname-instrumenten die in de nachtelijke hemel turen voor zwakke ultraviolette flitsen die optreden wanneer binnenkomende kosmische straling atomen van stikstof, het meest voorkomende gas, raken in de atmosfeer van de aarde. Elk van de drie locaties zal ongeveer 25 mijl van de andere verwijderd zijn. Een "central laser facility" -gebouw, gelegen tussen de drie fluorescentiedetectielocaties, zal laserstralen naar de hemel sturen wanneer de spiegels en recorders moeten worden gekalibreerd.
Het andere hoofdonderdeel van het observatorium is een 'grondopstelling' van 564 tafelvormige scintillatiedetectoren, elk ongeveer 3 voet lang en 6 bij 10 voet breed. De apparaten meten 'luchtdouches', dit zijn cascades van subatomaire deeltjes die naar de aarde vallen wanneer kosmische straling in de atmosfeer in stikstof terechtkomt.
De scintillatiedetectoren worden verspreid in een raster over een gebied van 18 bij 22 mijl ten westen van Delta. Het Bureau of Land Management "recht van doorgang toekenning / vergunning voor tijdelijk gebruik" zal wetenschappers in staat stellen de centrale laserfaciliteit te bouwen en 460 van de scintillatiedetectoren te installeren op BLM-land, dat 80 procent van het observatorium beslaat. Toestemming om de andere 104 scintillatiedetectoren al te installeren, werd verkregen van de staat Utah en particuliere landeigenaren. Ze bezitten de resterende 20 procent van de uitgestrekte site.
Wetenschappers werken samen in plaats van ‘Duking it Out’
Het nieuwe observatorium voor kosmische straling zal proberen een van de meest verwarrende mysteries in de natuurkunde te beantwoorden: wat is de bron van ultrahoogenergetische kosmische straling, subatomaire deeltjes die met ongelooflijke energie in de atmosfeer van de aarde komen schreeuwen?
Kosmische stralen zijn atoomkernen - atomen ontdaan van hun elektronen - van chemische elementen, voornamelijk waterstof en helium. De atmosfeer voorkomt dat ze de aarde raken, en zelfs als ze dat zouden kunnen, zouden ze onopgemerkt door een persoon scheuren. Maar als een enkele ultrahoge energie kosmische straal je hoofd zou kunnen raken, zou het voelen als een snelle honkbal.
Sommige kosmische straling komt van sterren die exploderen als supernova's. Maar kosmische stralen met ultrahoge energie zijn krachtiger en komen blijkbaar uit verre uithoeken van het universum. Sokolsky vermoedt dat ze afkomstig zijn van 'actieve galactische kernen', superzware zwarte gaten die zijn gevormd toen ongeveer 1 miljard ingestorte sterren zich ophopen in de centra van sterrenstelsels. Andere mogelijke bronnen zijn schokgolven van botsende sterrenstelsels, lawaaierige stelsels die radiogolven uitstralen, exotische bronnen zoals theoretische kosmische snaren en het verval van massieve deeltjes die overblijven na de 'oerknal', zeggen wetenschappers dat het universum ongeveer 13 miljard jaar geleden is ontstaan.
De Telescope Array zal twee technologieën samenvoegen die opvallend verschillende aantallen ultrahoogenergetische kosmische stralen hebben geteld die de aarde bereiken. Het Japanse AGASA-sterrenwachtcentrum voor kosmische straling heeft er tien keer meer waargenomen dan het hoge-resolutie vliegoog. Sokolsky zegt dat het grote aantal gemeten door AGASA impliceert dat de bron relatief dichtbij is in het universum, maar er zijn geen astronomische objecten bekend die de bron zouden kunnen zijn.
De Telescope Array zal dus fluorescentiedetectoren bevatten zoals die worden gebruikt in het Fly's Eye met hoge resolutie en scintillatiedetectoren zoals die worden gebruikt bij AGASA.
"Dit experiment is uniek in die zin dat het de vereniging is van twee aanvankelijk concurrerende wetenschapsgroepen: een Japanse groep en een Amerikaanse groep die gedurende tien jaar twee afzonderlijke experimenten heeft uitgevoerd en met onderling onverenigbare resultaten kwam", zegt Sokolsky. "Het is zeker ongebruikelijk in de geschiedenis van dit soort wetenschappelijke inspanningen dat ze, in plaats van het voor altijd uit te roeien, besloten hun krachten te bundelen en samen een experiment op te bouwen om de verschillen op te lossen."
De Flys Eye met hoge resolutie en AGASA hebben het einde van hun levensduur bereikt - er zijn krachtigere instrumenten nodig - en de bediening van de Fly's Eye met hoge resolutie werd moeilijk na 11 september 2001, terroristische aanslagen op New York en Washington. Dugway doet onderzoek naar de verdediging tegen chemische en biologische wapens en door strengere beperkingen konden de buitenlandse afgestudeerde studenten van de universiteit de site niet bezoeken.
BLM: Survey Wildlife, gebruik Copter om bepaalde apparatuur te installeren
Bij het afgeven van de vergunning eiste de BLM dat de Universiteit van Utah onderzoek deed naar en bescherming bood aan culturele hulpbronnen, bedreigde en bedreigde planten en dieren in het wild, zoals vossen, gravende uilen en roofvogels, zegt Sokolsky.
De bouwers van het observatorium zullen helikopters gebruiken - niet terreinvoertuigen - om de scintillatiedetectoren te installeren, en 'we hebben afgesproken ze te voet of te paard te onderhouden' op plaatsen zonder toegang tot de weg, zegt Sokolsky. Helikopters worden ingezet als er zich een groot probleem voordoet met een detector, maar dat is naar verwachting ongebruikelijk. Wetenschappers moeten ook digitale foto's maken wanneer ze een detectorsite bezoeken en eventuele veranderingen in de tijd volgen.
Hier is de status van verschillende componenten van de Telescope Array:
* De bouw van het observatorium begon in augustus 2004 op de eerste van drie fluorescentiedetectorlocaties, gelegen bovenop Black Rock Mesa, ongeveer 21 kilometer ten zuidwesten van Delta. Het gebouw is compleet en veel van de spiegels zijn geplaatst. Eind deze zomer is de Black Rock fluorescentiedetector klaar.
* De bouw van de tweede fluorescentiedetector begon in december 2005 in Long Ridge, 30 mijl ten zuidwesten van Delta. Eind zomer is het gebouw klaar en voor de winter worden de spiegels geplaatst.
* In tegenstelling tot de Black Rock Mesa- en Long Ridge-detectoren, die met Japans geld worden gebouwd, wordt de derde fluorescentiedetector door de Universiteit van Utah gebouwd met de National Science Foundation-subsidie. Genaamd Middle Drum, het ligt 25 mijl ten noordwesten van Delta. De voorbereiding van de locatie zou in augustus moeten beginnen, met een of meer gebouwen om de spiegels in december compleet te houden, zegt Sokolsky. Spiegels en andere uitrusting moeten worden verwijderd uit het Fly's Eye met hoge resolutie in Dugway, worden schoongemaakt en aangepast in een magazijn in Salt Lake City, en vervolgens tegen de zomer naar de Middle Drum-site worden gebracht.
* De centrale laserfaciliteit - op gelijke afstand van de drie fluorescentiedetectoren - zal vanaf augustus worden gebouwd en zou binnen een maand of zo moeten zijn voltooid.
* De installatie van de scintillatiedetectoren op BLM-land zal naar verwachting eind juli of begin augustus beginnen zodra de dienst de resultaten van de vereiste natuuronderzoeken heeft ontvangen, zegt Sokolsky. De eerste 200 scintillatiedetectoren zijn al gebouwd en worden opgeslagen in een veld in Delta, dat eruitziet "als een gigantisch veld vol ziekenhuisbedden", voegt hij eraan toe. Ze worden met vrachtwagens naar stagegebieden vervoerd en vervolgens door een helikopter op hun plaats gebracht. Sokolsky zegt dat de resterende 364 scintillatiedetectoren tegen december zullen worden geïnstalleerd.
* De universiteit heeft het Millard County Cosmic Ray Center in Delta geopend, met $ 150.000 aan staats- en particulier geld om een gebouw te kopen en uit te rusten. De scintillatietellers worden daar geassembleerd en opgeslagen in een aangrenzend, gehuurd veld, maar het centrum zal voornamelijk exposities huisvesten om het publiek voor te lichten over onderzoek naar kosmische straling.
