Проєкт СТА та
Український науковий комп’ютерний СТА-Центр

Український науковий комп’ютерний СТА-Центр (СТА.УА) створений в 2022 році на АО КНУ для забезпечення участі українських науковців в міжнародному інфраструктурному проєкті побудови та експлуатації гама-обсерваторії нового покоління: масиву черенковських телескопів (Cherenkov Telescope Array, CTA).

СТА-Обсерваторія (СТАО), перша відкрита для світової астрономічної та космомікрофізичної спільноти гама-обсерваторія наземного базування, яка використовуватиме найсучасніше передове обладнання для дослідження космічних джерел гама-випромінювання високих та дуже високих (20 ГеВ<E<300 TeВ) енергій з чутливістю, що до 10 разів перевищує чутливості та ефективні площі (collection area) діючих гама- телескопів (VERITAS, MSAGIC, H.E.S.S.) та з безпрецедентною роздільною здатністю.

Унікальні можливості СТАО дозволять провести дослідження фізичних процесів в астрофізичних об’єктах з екстремальними умовами: надвисокими густинами енергії, надсильними гравітаційними полями, ультрарелятивістськими течіями плазми, наслідком яких є прискорення космічних променів та генерування нетеплового випромінювання з енергіями, суттєво вищими за межі Стандартної теорії. Серед очікуваних проявів нової фізики в спостереженнях СТАО – можливе порушення Лоренц-інваріантності, розпади/ангігляція частинок темної матерії, аксіон-фотонні осциляції тощо.

СТА-Обсерваторія (СТАО): структура та завдання

Структура СТА Обсерваторії передбачає два масиви телескопів в південній і північній півкулях, які на першій фазі побудови (“альфа-конфігурація”, заплановане також майбутнє розширення масивів) включатимуть :

-південна ділянка (СТАО-Південь, CTAO-South) на горі Серро-Параналь в пустелі Атакама (Чилі, біля Європейської південної обсерваторії , ESO) з 14 телескопами середнього розміру (Medium-Sized Telescopes, MSTs) та 37 телескопами малого розміру (Small-Sized Telescopes, SSTs);

-північна ділянка (СТАО-Північ, CTAO-North) на острові Ла-Пальма (Іспанія) біля телескопа Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov Telescope (MAGIC) з 4 телескопами великого розміру (Large-Sized Telescopes, LSTs) та з 9 телескопами середнього розміру (MSTs).

Телескоп малого розміру (Small-Sized Telescope, SST) призначений для реєстрації гама-променів найвищих енергій (5-300 ТеВ). Оптична схема – дво-дзеркальна модифікована Шварцшильда-Кудера (Schwarzschild-Couder), діаметр головного дзеркала 4.3м, вторинного – 1.8 м, поле зору 8.8 град. Камера SST складається з 32 силіконових фото помножувачів, кожен з яких містить 64 (6 мм x 6 мм) пікселі і має поле зору біля 9 град. на 2048 пікселях. 37 SST- телескопів буде розміщено на СТАО-Південь.

Телескоп середнього розміру (Medium-Sized Telescope, MST) призначений для реєстрації гама-променів в ключовому інтервалі енергій 150 ГеВ–5 ТеВ. Оптична схема – модифікована Девіса-Коттона, діаметр композитного (86 гексагональних дзеркал hexagonal-shaped mirrors) дзеркала 11.5 м, поле зору 7.5 (FlashCAM) /7.7 (NectarCAM) град. Оснащений двома камерами на основі фото помножувальних трубок:

- камера NectarCAM аналогового типу містить 265 окремих модулів, кожен з яких складається з семи фото помножувальних трубок, сумарно містить 1855 пікселів розміру 0.17 град;

- камера FlashCAM цифрового типу містить фотопомножувальні трубки, розташовані у формі гексагональної структури та об’єднані в модулі по 12 трубок кожен, сумарно містить 1764 пікселі розміру 0.17 град.

14 MST- телескопів буде розміщено на СТАО-Південь і 9- на СТАО-Північ.

Телескоп великого розміру (Lagre-Sized Telescope, LST) призначений, головно, для реєстрації гама-променів в інтервалі енергій 20-150 ГеВ, хоча зберігатиме високу чутливість аж до ТеВного діапазону. Оптична схема – альт-азимутальна установка з 23-метровим композитним параболічним рефлектором, поле зору 4.3 град. Камера LST-телескопа за конструкцією подібна до камери NectarCAM MST-телескопа, містить 1855 пікселів розподілених по 265 модулях фото помножувальних трубок. Розмір пікселя 0.1 град., повне поле зору камери 4.3 град.

4 телескопи LST будуть розміщені на STAO-North. Будівництво першого з них, LST-1, було завершено в жовтні 2018 року. У березні 2023 року LST Collaboration опублікувала свою першу наукову статтю «Multiwavelength study of the galactic PeVatron candidate LHAASO J2108+5157» , A&A 673, A75 (2023).

Науковий потенціал СТА охоплює широкий спектр астрофізичних проблем – від астрофізики релятивістських частинок (космічних променів) до пошуків проявів темної матерії та порушення Лоренц-інваріантності. СТА досліджуватиме екстремальний Всесвіт від безпосередніх околиць чорних дір до гігантських пустот (войдів) в розподілах галактик. Програма спостережень включає десять ключових наукових напрямків (Key Science Project, KSPs): темна матерія, центр Галактики, огляд площини Галактики, огляд Великої Магеланової Хмари (ВМХ), позагалактичний огляд, транзієнтні джерела, ПеВатрони – прискорювачі космічних променів, системи із зореутворенням, активні ядра галактик, скупчення галактик.

Країни, що фінансують CTAO, восени 2023 року заснують Консорціум європейської дослідницької інфраструктури CTAO (CTAO European Research Infrastructure Consortium, CTAO ERIC), який будуватиме та експлуатуватиме гама-обсерваторію.

Участь українських науковців в СТА

Україна стала учасником СТА-Консорціуму в 2015 році. Астрономи Київськиго національшого університету імені Тараса Шевченка виступили ініціаторами та організаторами м приєднання України до СТА та складають основу Української наукової групи в СТА. Офіційним документом про вступ України в СТА став Меморандум порозуміння (Memorandum of Understanding), підписаний керівниками Київського національшого університету імені Тараса Шевченка, Львівського національного університету імені Івана Франка та Інституту прикладних проблем механіки і математики ім. Я. С. Підстригача НАН України (організації-учасники СТАК з України).

Роль наукової команди України в СТАО: дослідження екстремальних астрофізичних процесів та явищ переднього краю астрофізики та космології (природа темної матерії та темної енергії, джерела гравітаційних хвиль, космічних променів та нейтрино надвисоких енергій, фізика активних ядер галактик) на основі унікальних даних мультиТеВного гамма-діапазону, отриманих СТАО. Основна область їх відповідальності – розробка нових моделей генерування гамма-випромінювання в астрофізичних об'єктах та вибір оптимальної стратегії їх спостереження на СТАО відповідно до ключових наукових напрямків проєкту СТА (10 ключових наукових напрямків, з яких Україна задіяна в 3-х:

• високоенергетичні фізичні процеси в скупченнях галактик та їх прояви в гама-випромінюванні дуже високих енергій (ГВДВЕ);
• ГВДВЕ джерел галактичних космічних променів (КП) – космічних ПеВатронів;
• ГВДВЕ в багатоканальних дослідженнях транзієнтних джерел гамма-випромінювання, гравітаційних хвиль, та космогенних нейтрино.