MINISTERO DELL'ISTRUZIONE DELL'UNIVERSITÀ E DELLA RICERCA
DIREZIONE GENERALE DELLA RICERCA
PROGRAMMI DI RICERCA SCIENTIFICA DI RILEVANTE INTERESSE NAZIONALE
RICHIESTA DI COFINANZIAMENTO (DM n. 1407 del 4 dicembre 2008)
PROGETTO DI UNITÀ DI RICERCA - MODELLO B
Anno 2008 - prot. 2008X2P4MK_004
1 - Area Scientifico-disciplinare
02: Scienze fisiche 100%
2 - Coordinatore Scientifico
MARIOTTI
MOSE'
Ricercatore confermato
Università degli Studi di PADOVA
Facoltà di INGEGNERIA
Dipartimento di FISICA
3 - Responsabile dell'Unità di Ricerca
ANTONELLI
LUCIO ANGELO
Ricercatore astronomo confermato
20/03/1966
NTNLNG66C20H501P
069447243
(Numero fax)
[email protected]
Istituto Nazionale di Astrofisica
Osservatorio Astronomico di Roma
0694286475
(Prefisso e telefono)
4 - Curriculum scientifico
Testo italiano
Lucio Angelo Antonelli e' nato a Roma il 20 Marzo 1966, e' Ricercatore Astronomo confermato presso l'INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, ha l'incarico di
Senior Scientist presso il Science Data Center dell'Agenzia Spaziale Italiana ed e' affidatario della cattedra di Astrofisica delle Alte Energie presso l'Università degli
Studi de L'Aquila. E' membro dello SWIFT Science Team e Full Member della collaborazione internazionale MAGIC.
Dopo aver conseguito il diploma di maturità scientifica si e' laureato in Fisica il 29 Maggio 1995 presso l'Universita' degli Studi di Roma "La Sapienza". Nel periodo
1996-1998 ha lavorato presso il Centro Dati Scientifici del satellite per Astronomia X BeppoSAX gestito dall'Agenzia Spaziale Italiana e da Telespazio con la
qualifica di "Archive Scientist". Nel periodo 1998-2000 ha lavorato presso l'Osservatorio Astronomico di Roma come Funzionario Elab. Dati. Dal 18 Dicembre 2000
e' Ricercatore Astronomo presso l'Osservatorio Astronomico di Roma. Ha partecipato alla realizzazione del Telescopio Robotico REM coordinando l'unità di ricerca
dell'OAR ed occupandosi del sw di riduzione e analisi dati automatico della camera infrarossa. Dal 1 settembre 2005 al 31 dicembre 2007 ha ricoperto l'incarico di
Senior Scientist presso il Science Data Center dell'Agenzia Spaziale Italiana con l'incarico di coordinare le attività scientifiche del personale INAF presente presso il
centro. Dal 2008 è Senior Scientist con l'incarico di coordinare i progetti di VHE astrophysics presso il centro. Dal novembre 2003 e' affidatario della cattedra di
Astrofisica delle Alte Energie presso il corso di Laurea Specialistica in Astrofisica e Fisica Spaziale della facoltà di Fisica dell'Università degli Studi de L'Aquila. Da
Luglio a Settembre 2008 e' stato Visiting Professor presso il Mullard Space Science Laboratory della University College of London. Dal 1 giugno 2007 è Full
member dell'esperimento MAGIC.
Autore di 230 pubblicazioni su riviste internazionali con referee e su atti di convegni. E' referee di riviste internazionali ed organizzatore di conferenze internazionali.
Nel 1998, e' stato insignito dalla American Astronomical Society, ex-equo con altri scienziati del BeppoSAX Team, del premio Bruno Rossi per aver reso possibile la
scoperta dell'origine cosmologica dei Gamma Ray Bursts.
Ha iniziato la sua attivita' scientifica studiando l'emissione di radiazione X dai Nuclei Galattici Attivi (AGN) occupandosi in particolare di AGN di bassa luminosita'
e dei modelli di unificazione delle galassie di Seyfert. In tale contesto ha partecipato anche alle attivita' della survey HELLAS volta a studiare l'origine del fondo
cosmico X. Negli ultimi anni il suo interesse scientifico si e' concentrato sullo studio dei Gamma Ray Bursts con particolare attenzione alle problematiche legate alla
fisica dell'afterglow e del mezzo in cui esso si propaga. I suoi studi si sono concentrati sulle osservazioni dell'emissione X, ottica ed infrarossa degli afterglow dei
GRB. Negli ultimi anni si e' occupato delle proprieta' dell'emissione alle altissime energie (> 1GeV) dei GRB. Recentemente sta assumendo la responsabilita' dei
follow-up veloci dei GRB coi telescopi MAGIC.
Testo inglese
Lucio Angelo Antonelli was born in Rome on March 20, 1966. He is currently Astronomer at the Astronomical Observatory of Rome. He is also Senior Scientist at the
Science Data Center of the Agenzia Spaziale Italiana. He is also professor on contract at the University of L'Aquila. He is member of the SWIFT Science Team and
MIUR - BANDO 2008 - MODELLO B
-1-
Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
Full Member of the MAGIC Experiment.
He obtained his "laurea degree" in Physics at Universita' degli Studi di Roma "La Sapienza" on May 29, 1995. From 1996 to 1998 he worked at BeppoSAX Science
Data Center as "Archive Scientist". The Science Data Center of the X-ray Astronomy Satellite "BeppoSAX" is under the responsability of the Italian Space Agency
(ASI) and Telespazio. From May 1998 to Dec 2000 he worked at Astronomical Observatory of Rome as Engineer. From Dec 2000 he is Research Astronomer at
Astronomical Observatory of Rome. He participate to the REM Project as responsible of the OAR research unit. From sept. 1st, 2005 to dec. 31st 2007 was Senior
Scientist at the Science Data Center of the Agenzia Spaziale Italiana. During this period he coordinated the scientific activities of INAF personnel at ASDC. From
2008 he is Senior Scientist at ASDC to coordinate VHE astrophysics projects in the center. Since 2003 he is giving regularly the course on "High Energy
Astrophysics" at the University of L'Aquila. From Jul. 2008 to Sep. 2008 he was Visiting Professor at the MSSL-UCL funded by a MAPS Faculty Research Fund
grant. Since May 2007 he is a full member of the MAGIC project.
Author of 230 pubblications on refereed journals and on proceedings of conferences. Referee for international journals. Organizers of international conferences. He
was awarded, as member of the BeppoSAX Team, by the American Astronomical Society with the 1998 Bruno Rossi Prize for the discovery of the X-ray and Optical
afterglow of gamma ray bursts, making possible to assess the distances of GRBs sources.
L.A. Antonelli began his scientific activity working on X-ray emission from Active Galactic Nuclei (AGN). In particular he investigated on the origin of the X-ray
emission in Low Luminosity AGN and on the Unification Models of Seyfert Galaxies through high energy observations. He partecipated also to the HELLAS Project,
a hard X-ray sky survey, to investigate on the origin of the Cosmic X-ray Background. The main scientific activity of L.A. Antonelli in the past years has been on the
Gamma Ray Bursts (GRB) phenomenon. In particular he investigated on the physics of GRBs afterglow and of the circum-burst medium through multiwavelength
observations. In particular he studied X-ray, optical and NIR emission properties of GRBs afterglow. In the past years he investigated on the emission properties of
GRBs in the Very High Energy band (> 1GeV). He is taking now the responsibility of the fast response follow-up GRBs with the MAGIC telescopes.
5 - Pubblicazioni scientifiche più significative del Responsabile dell'Unità di Ricerca
1. ALIU E, ANDERHUB H, ANTONELLI L., AND MAGIC COLLABORATION (2009). Discovery of a Very High Energy Gamma-Ray Signal from
the 3C 66A/B Region. THE ASTROPHYSICAL JOURNAL, vol. 692; p. L29-L33, ISSN: 0004-637X
2. ANTONELLI L. (2009). From MAGIC to CTA: the INAF participation to Cherenkov Telescopes experiments for Very High Energy Astrophysics.
In: LII congresso della Societa' Astronomica Italiana. Teramo, 4-8 Maggio 2008, ISBN/ISSN: 0390-1106
3. ALBERT J, ALIU E, ANDERHUB H, ANTONELLI L., AND MAGIC COLLABORATION (2008). Very High Energy Gamma-Ray Observations of
Strong Flaring Activity in M87 in 2008 February. THE ASTROPHYSICAL JOURNAL, vol. 685; p. L23-L27, ISSN: 0004-637X
4. ALBERT J, ALIU E, ANDERHUB H, ANTONELLI L., AND MAGIC COLLABORATION (2008). Very-High-Energy gamma rays from a Distant
Quasar: How Transparent Is the Universe?. SCIENCE, vol. 320; p. 1752, ISSN: 0036-8075
5. ALIU E, ANDERHUB H, ANTONELLI L., AND MAGIC COLLABORATION (2008). First Bounds on the High-Energy Emission from Isolated
Wolf-Rayet Binary Systems. THE ASTROPHYSICAL JOURNAL, vol. 685; p. L71-L75, ISSN: 0004-637X
6. ALIU E, ANDERHUB H, ANTONELLI L., AND MAGIC COLLABORATION (2008). Observation of Pulsed -Rays Above 25 GeV from the Crab
Pulsar with MAGIC. SCIENCE, vol. 322; p. 1221, ISSN: 0036-8075
7. GARCZARCZYK M, ANTONELLI L., LA BARBERA A, BASTIERI D, COVINO S, GALANTE N, GAUG M, LONGO F, SCAPIN V (2008).
Observation of gamma ray bursts at very high energies with the MAGIC telescope. In: AIP Conference Proceedings. NANJING, June 2008, vol.
1065, p. 342-344
8. MAZZALI P, VALENTI S, DELLA VALLE M, ANTONELLI L., ET AL (2008). The Metamorphosis of Supernova SN 2008D/XRF 080109: A Link
Between Supernovae and GRBs/Hypernovae. SCIENCE, vol. 321; p. 1185, ISSN: 0036-8075
9. ANTONELLI L., TESTA V, ROMANO P, GUETTA D, TORII K, D'ELIA V, MALESANI D (2007). The puzzling afterglow of GRB 050721: a
rebrightening seen in the optical but not in the X-ray. In: Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and
Engineering Sciences. Royal Society - London, Sep. 2006, LONDON: Alan Wells, Ralph A. M. J. Wijers and Martin Rees, vol. 365, p.
1235-1240, ISBN/ISSN: 0004-6264
10. VERRECCHIA F, IN'T ZAND J. J. M, GIOMMI P, SANTOLAMAZZA P, GRANATA S, SCHUURMANS J. J, ANTONELLI L. (2007). The
BeppoSAX WFC X-ray source catalogue. ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, vol. 472; p. 713, ISSN: 0004-6361
11. ANTONELLI L., TESTA V, ROMANO P, GUETTA D, TORII K, D'ELIA V, MALESANI D, CHINCARINI G, COVINO S, D'AVANZO P, DELLA
VALLE M, FIORE F, FUGAZZA D, MORETTI A, STELLA L, TAGLIAFERRI G, BARTHELMY S, BURROWS D, CAMPANA S, CAPALBI M,
CUSUMANO G, GEHRELS N, GIOMMI P, LAZZATI D, LA PAROLA V, MANGANO V, MINEO T, NOUSEK J, O'BRIEN P. T, PERRI M
(2006). The multiwavelength afterglow of GRB 050721: a puzzling rebrightening seen in the optical but not in the X-ray. ASTRONOMY &
ASTROPHYSICS, vol. 465; p. 515, ISSN: 0004-6361
12. MELANDRI A, GENDRE B, ANTONELLI L., GRAZIAN A, DE UGARTE POSTIGO A, GOROSABEL J, PIRO L, KOSUGI G, KAWAI N, DE
PASQUALE M, GARMIRE G. P (2006). Multi-wavelength analysis of the field of the dark burst
GRB 031220. ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, vol. 451; p. 33, ISSN: 0004-6361
13. ANTONELLI L., ZERBI F. M, CHINCARINI G, RODONO' M, PALAZZI E, CONCONI P, COVINO S, CUTISPOTO G, MOLINARI E,
NICASTRO L, TOSTI G, VITALI F, AND THE REMROSS TEAM (2005). The REM Telescope: A robotic multiwavelength facility to promptly
follow up GRB afterglows. In: Il Nuovo Cimento C. Roma - CNR Head Quarter, vol. 28 Issue 4, p. 707
14. TAGLIAFERRI G, ANTONELLI L., CHINCARINI G, FERNANDEZ-SOTO A, MALESANI D, DELLA VALLE M, D'AVANZO P, GRAZIAN A,
TESTA V, CAMPANA S, COVINO S, FIORE F, STELLA L, CASTRO-TIRADO A. J, GOROSABEL J, BURROWS D. N, CAPALBI M,
CUSUMANO G, CONCIATORE M. L, D'ELIA V, FILLIATRE P, FUGAZZA D, GEHRELS N, GOLDONI P, GUETTA D, GUZIY S, HELD E. V,
HURLEY K, ISRAEL G. L, JELINEK M, LAZZATI D, LOPEZ-ECHARRI A, MELANDRI A, MIRABEL I. F, MOLES M, MORETTI A, MASON K.
O, NOUSEK J, OSBORNE J, PELLIZZA L. J, PERNA R, PIRANOMONTE S, PIRO L, DE UGARTE POSTIGO A, ROMANO P (2005). GRB
050904 at redshift 6.3: observations of the oldest cosmic explosion after the Big Bang. ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, vol. 443; p. L5, ISSN:
0004-6361
15. ANTONELLI L., ZERBI F. M., CHINCARINI G., GHISELLINI G., RODONO' M., TOSTI G., CONCONI P., COVINO S., CUTISPOTO G.,
MOLINARI E., NICASTRO L., VITALI F., PALAZZI, E. (2003). The REM telescope: a robotic facility to monitor the prompt afterglow of gamma
ray bursts. In: XLVI Congresso della Societa' Astronomica Italiana, vol. 74, p. 304, ISBN/ISSN: 0037-8720
16. ANTONELLI L., PIRO L., VIETRI M., COSTA E., SOFFITTA P., FEROCI M., AMATI L., FRONTERA F., PIAN E., IN'T ZAND J., KUULKERS
E., NICASTRO L., BUTLER R.C., STELLA L., PEROLA G.C. (2000). Discovery of a Redshifted Iron K Line in the X-Ray Afterglow of GRB
000214. THE ASTROPHYSICAL JOURNAL, vol. 545; p. L39, ISSN: 0004-637X
17. COSTA E., FRONTERA F., HEISE J., FEROCI M., IN'T ZAND J., FIORE F., CINTI M.N., DAL FIUME D., NICASTRO L., ORLANDINI M.,
PALAZZI E., ANTONELLI L. (1997). Discovery of an X-ray afterglow associated with the gamma-ray burst of 28 February 1997. NATURE, vol.
387; p. 783, ISSN: 0028-0836
MIUR - BANDO 2008 - MODELLO B
-2-
Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
6 - Elenco dei partecipanti all'Unità di Ricerca
6.1 - Componenti
Componenti della sede dell'Unità di Ricerca
nº
Cognome
Nome
Università/Ente
Qualifica
Disponibilità
temporale
indicativa
prevista
1°
anno
2°
anno
1.
ANTONELLI
Lucio Angelo
Istituto Nazionale di Astrofisica
Ricercatore astronomo confermato
7
7
2.
BASSO
Stefano
Istituto Nazionale di Astrofisica
Tecnologo a tempo det.
3
3
3.
CATALANO
Osvaldo
Istituto Nazionale di Astrofisica
Dirigente di ricerca
3
3
4.
GHIGO
Mauro
Istituto Nazionale di Astrofisica
Ricercatore astronomo confermato
3
3
5.
GIARRUSSO
Salvatore
Istituto Nazionale di Astrofisica
Ricercatore
3
3
6.
LA BARBERA
Antonino
Istituto Nazionale di Astrofisica
Ricercatore
7
7
7.
LA ROSA
Giovanni
Istituto Nazionale di Astrofisica
Ricercatore
3
3
8.
MACCARONE
Maria Concetta
Istituto Nazionale di Astrofisica
Primo ricercatore
3
3
9.
PARESCHI
Giovanni
Istituto Nazionale di Astrofisica
Astronomo associato confermato
4
4
10.
SACCO
Bruno
Istituto Nazionale di Astrofisica
Dirigente di ricerca
4
4
11.
TAVANI
Marco
Istituto Nazionale di Astrofisica
Dirigente di ricerca
2
2
12.
VERCELLONE
Stefano
Istituto Nazionale di Astrofisica
Ricercatore
2
2
13.
ZITELLI
Valentina
Istituto Nazionale di Astrofisica
Astronomo associato confermato
3
3
47
47
TOTALE
Componenti di altre Università / Enti vigilati
nº Cognome
Nome
Università/Ente
Qualifica
Disponibilità
temporale
indicativa
prevista
1°
anno
1.
MORSELLI
Aldo
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
TOTALE
Primo ricercatore
2°
anno
7
7
7
7
Titolari di assegni di ricerca
nº Cognome
Nome
Università/Ente
Disponibilità
temporale
indicativa
prevista
1°
anno
2°
anno
1.
SABATINI
Sabina
Università degli Studi di ROMA "Tor Vergata"
3
3
2.
VITALE
Vincenzo
Università degli Studi di ROMA "Tor Vergata"
2
3
5
6
TOTALE
MIUR - BANDO 2008 - MODELLO B
-3-
Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
Titolari di borse
nº Cognome
Nome
Università/Ente
Qualifica
Disponibilità
temporale
indicativa
prevista
1°
anno
2°
anno
1.
CANESTRARI
Rodolfo
Università degli Studi INSUBRIA Varese-Como
Dottorando
6
6
2.
PROSERPIO
Laura
Università degli Studi INSUBRIA Varese-Como
Dottorando
3
3
3.
SPIRO
Susanna
Università degli Studi di ROMA "Tor Vergata"
Dottorando
6
6
15
15
TOTALE
6.1 bis Vice-responsabile
SACCO Bruno
6.2 - Altro personale
nº Cognome Nome
Università/Ente
Dipartimento Qualifica
1. AGNETTA
2. BIONDO
3. CANTU
4. CASIRAGHI
5. CITTERIO
6. FAZIO
7. GAREGNANI
8. MANGANO
9. RUSSO
10. SALINI
11. VALTOLINA
TOTALE
Istituto Nazionale di Astrofisica
Istituto Nazionale di Astrofisica
Istituto Nazionale di Astrofisica
Istituto Nazionale di Astrofisica
Istituto Nazionale di Astrofisica
Istituto Nazionale di Astrofisica
Istituto Nazionale di Astrofisica
Istituto Nazionale di Astrofisica
Istituto Nazionale di Astrofisica
Istituto Nazionale di Astrofisica
Istituto Nazionale di Astrofisica
IASF-Pa
IASF-Pa
Oss. Astron. Brera
Oss. Astron. Brera
Oss. Astron. Brera
IASF-Pa
Oss. Astron. Brera
IASF-Pa
IASF-Pa
Oss. Astron. Brera
Oss. Astron. Brera
GAETANO
BENEDETTO
SERGIO
MASSIMO
OBERTO
GIACOMO
DONATO
ANGELO
FRANCESCO
ALFREDO
RENZO
Tecnico Elettronico (CTER IV)
Tecnico Meccanico (OTP VI)
Metrologia
Tecnico Meccanico
Consulente associato INAF
Programmatore (CTER V)
Tecnico Meccanico
Tecnico Meccanico (CTER IV)
Tecnico Elettronico (CTER IV)
Tecnico Meccanico
Metrologia
Disponibilità
temporale
indicativa
prevista
1° anno 2° anno
2
2
3
3
3
1
3
2
4
3
3
2
2
3
3
3
1
3
2
4
3
3
29
29
6.3 - Personale a contratto da destinare a questo specifico Progetto
nº Tipologia di contratto
Costo
previsto
1. Assegnista
30.000
2. Borsista
15.000
TOTALE
45.000
Disponibilità Note
temporale
indicativa
prevista
1° anno 2° anno
7
11 Assegno di ricerca di 18 mesi per attività di progettazione e realizzazione
di un archivio per dati da IACT in formato standard astronomico per
studi con banche dati multifrequenza presso OA Roma
11 Borsa di studio di un anno per attività di ricerca e sviluppo sulla
tecnologia degli specchi presso OA Brera.
7
22
6.4 - Dottorati a carico del PRIN da destinare a questo specifico Progetto
Nessuno
MIUR - BANDO 2008 - MODELLO B
-4-
Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
7 - Titolo specifico del Progetto svolto dall'Unità di Ricerca
Testo italiano
Studio e sviluppo di nuove tecnologie hardware e software per la realizzazione e la gestione di un osservatorio di nuova concezione per l'astrofisica gamma ad
altissima energia.
Testo inglese
Study and development of new technologies both hardware and software for a new challenging observatory dedicated to Very High Energy gamma ray astrophysics.
8 - Abstract del Progetto svolto dall'Unità di Ricerca
Testo italiano
I telescopi Cherenkov di ultima generazione hanno buone sensibilità e risoluzioni angolari tali da produrre ormai immagini, spettri e curve di luce di ottima qualità
per le sorgenti di altissima energia al TeV. Tuttavia, nel prossimo decennio l'Astronomia gamma promette di svilupparsi enormemente grazie al lancio dei due
satelliti dedicati alla rilevazione di raggi gamma (AGILE e Fermi). Inoltre, la contemporanea presenza di esperimenti nella banda X in orbita (come per esempio
Swift, Chandra, NewtonXMM, ecc.) e la nuova strumentazione da terra e dallo spazio nelle bande ottica e infrarossa, renderanno possibile per la prima volta ottenere
un'immagine simultanea del cielo in quasi tutto lo spettro elettromagnetico. In questo stimolante scenario è più che mai di fondamentale importanza che si sviluppi
una nuova generazione di strumenti da terra per l'Astronomia Gamma di altissima energia. Questo per investigare, con pari sensibilità, una banda estrema dello
spettro elettromagnetico che fornisce informazioni cruciali sulla fisica dei processi studiati. A tal fine bisogna significativamente migliorare, anche a queste
frequenze, la sensibilità, l'estensione della banda di energia osservata, il campo di vista e il tempo di osservazione rispetto alla strumentazione attuale.
Un consorzio di scienziati europei è impegnato nello studio di una nuova infrastruttura di ricerca: il "Cherenkov Telescope Array" (CTA). Tra le caratteristiche
principali del CTA ci saranno l'aumentare di circa un ordine di grandezza la sensibilità nella zona centrale dell'intervallo di energia (100 GeV - 10 TeV) e, allo stesso
tempo, di espandere l'intervallo di energia osservabile sia verso le energie più basse che verso quelle più alte, aumentando la finestra osservativa di circa un fattore
10 in entrambi gli estremi. Il CTA inoltre migliorerà significativamente la risoluzione angolare, permettendo di rivelare dettagli fini nelle sorgenti, oltre ad
aumentare notevolmente il numero di sorgenti rivelate, favorendo così lo studio di fenomeni transienti su tempi scala molto brevi. Una caratteristica importante del
CTA è che potrà realizzare queste prestazioni con l'uso su grande scala di tecniche già ben sperimentate, quindi limitando i costi e concentrando gli sforzi sul
raggiungimento di prestazioni elevatissime. Il CTA, per la prima volta in questo campo, sarà anche utilizzato come un vero e proprio osservatorio consentendo
l'accesso ai dati ad un'ampia comunità, permettendo operazioni in remoto della strumentazione, ottimizzando l'organizzazione dei tempi di osservazioni e la
diffusione dei dati. Il CTA è stato inserito nel 2008 fra gli otto esperimenti di grande interesse segnalati dall'ESFRI.
L'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), che nasce nel 2003 dall'unificazione di tutte le istituzioni che al tempo operavano nel campo dell'astronomia ed astrofisica,
come gli osservatori astronomici ed alcuni istituti del CNR, ha ereditato da essi una lunga e solida esperienza nel campo dell'astronomia delle alte energie.
Ricercatori dell'INAF sono già presenti nella collaborazione internazionale CTA contribuendo attivamente sia alla progettazione della strumentazione sia allo
sviluppo del CTA come osservatorio. La struttura della presente Unità di Ricerca (UdR) riflette la natura dell'INAF: ente unico ma distribuito su tutto il territorio
nazionale. Gli istituti dell'INAF che partecipano a questa UdR sono ben cinque: Osservatorio Astronomico di Brera, Osservatorio Astronomico di Bologna,
Osservatorio Astronomico di Roma, Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica cosmica (IASF) sezioni di Roma e di Palermo. Partecipa inoltre alle attività dell'UdR
anche la sezione INFN dell'Università di Roma 2 "Tor Vergata" con attività congiunte con le altre due realtà locali. I ricercatori di ognuno di questi istituti, a
seconda delle loro competenze, svolgono sia attività molto diverse tra loro ma anche attività in stretta collaborazione e quindi contribuiscono al progetto con una
sinergia di esperienze e competenze molto vaste. Parimenti questa struttura così distribuita riesce a collaborare in maniera efficace su tutti quegli argomenti comuni
con le altre realtà sia Universitarie che dell'INFN favorendo così uno sviluppo omogeneo del progetto proposto. All'interno di questa proposta PRIN, l'unità
dell'INAF, attraverso le sue componenti ed in strettissima collaborazione con le altre UdR, intende occuparsi di diversi aspetti quali:
1) studio e sviluppo di nuove tecnologie per la produzione di specchi per telescopi Cherenkov;
2) studio e sviluppo di nuovi disegni ottici per ottenere grandi campi di vista;
3) studio e realizzazione di elettronica per foto-sensori operanti con tecnica di conteggio a singolo fotone;
4) studio per la selezione del sito e per la realizzazione del CTA come un osservatorio;
5) studio e sviluppo di un archivio astronomico di dati da telescopi Cherenkov e di strumenti per lo studio multifrequenza delle sorgenti al TeV.
Testo inglese
The latest generation of Cherenkov Telescopes is now allowing imaging, photometry and spectroscopy of sources of high-energy radiation with good sensitivity and
good angular resolution. Nevertheless, the next decade Gamma Ray Astronomy is greatly improved with the launch of two gamma ray dedicated satellites (AGILE
and Fermi). Moreover, the presence of other X-ray experiments already in orbit (e.g. Swift, Chandra, NewtonXMM, etc.) and new ground-based optical and
near-infrared instruments are making possible for the first time to imagine the Universe all over the whole electromagnetic spectrum at almost the same time. In such
an exciting scenario a new generation of ground-based very high energy gamma-ray instruments are needed in order to significantly improve, the sensitivity, the
observed energy band, the field of view and the observing time.
A consortium of European scientists is thus now working to the design of a new research infrastructure: the Cherenkov Telescope Array (CTA). The aims of the CTA
observatory are to increase sensitivity in the core energy range (100 GeV - 10 TeV) by roughly one order of magnitude, and at the same time to expand the energy
range for very high energy gamma astronomy towards both lower and higher energies, effectively increasing the usable energy coverage by a factor of 10. In
addition, CTA would provide both significant improvements in angular resolution, revealing finer details in the sources, and an unprecedented detection rates,
enabling researchers to track transient phenomena on very short time scales. CTA can achieve this performance by a large-scale deployment of proven techniques.
CTA will - for the first time in this field - be operated as an observatory, raising issues such as remote operation of the facility, observation scheduling, and data
dissemination. This new large infrastructure is now one of the eight main projects in the ESFRI roadmap.
Since 2003 the Italian National Institute for Astrophysics (INAF) is collecting all the Italian research institutes operating in the field of astronomy and astrophysics
(formerly Astronomical Observatories and ex-CNR institutes). INAF has inherited the long lasting experience in the field of the high energy astrophysics of the former
institutes. INAF scientists are participating to the CTA Project contributing to the concept study on instrumentation as well as on the observatory operations. The
INAF Research Unit (RU) in this proposed Project is very representative of the INAF structure: a lot of institutes geographically distributed all over the country. In
particular, INAF is participating to this RU with five institutes: Osservatorio Astronomico di Brera (Milan), Osservatorio Astronomico di Roma, Istituto di Astrofisica
Spaziale e Fisica cosmica (IASF) sezioni di Roma e di Palermo and, Osservatorio Astronomico di Bologna. The INFN section at Università di Roma 2 "Tor Vergata"
is also participating to this RU. INAF scientists, from different institutes but with similar experience and know-how, carry on their activities in strict collaboration and
synergy. Such a distributed structure allows also a good synergy between INAF scientists and both INFN and University scientists working on the same topics. Within
the present project the INAF group, in strict collaboration with other RUs, wants to cover different keys arguments such as:
1) Study and development of new methods to product mirrors for Cherenkov Telescopes;
2) Study and development of new concept optics for wide field of views;
3) Study and realization of dedicated Breadboard (front-end electronics) for phot sensors;
4) Site selection and design study for the CTA observatory;
5) Study and devolpment of an astronomical data archive and of tools for multiwavelength studies of TeV sources.
MIUR - BANDO 2008 - MODELLO B
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Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
9 - Settori di ricerca ERC (European Research Council)
PE Mathematics, physical sciences, information and communication, engineering, universe and earth sciences
PE7 Universe science: astro-physics/chemistry/biology/geology; solar system; stellar, galactic and extragalactic astronomy, cosmology; space science,
instrumentation
PE7_10 High energy and particles astronomy - X-rays, cosmic rays, gamma rays, neutrinos
PE7_17 Instrumentation - telescopes, detectors and techniques
10 - Parole chiave
Testo italiano
ASTRONOMIA GAMMA
STRUMENTAZIONE ASTRONOMICA
Testo inglese
GAMMA RAY ASTRONOMY
ASTRONOMICAL INSTRUMENTATION
11 - Stato dell'arte
Testo italiano
I risultati finora ottenuti con l'ultima generazione di telescopi Cherenkov (HESS, MAGIC, VERITAS and CANGAROO) hanno mostrato che l'astronomia al TeV può
essere ormai considerata una vera e propria branca dell'astronomia. I telescopi Cherenkov sono ormai in grado di fornire immagini, spettri e curve di luce delle
sorgenti osservate con un dettaglio ed una sensibilità confrontabile a quelli di strumenti che osservano in bande meno energetiche. Questo, insieme con il lancio dei
due satelliti AGILE e Fermi, avvenuto lo scorso anno, ci fa dire che è iniziata l'età dell'oro per la Astronomia nei Raggi Gamma. Inoltre, la contemporanea presenza
di osservatori nella banda dei raggi X in orbita (e.g. Chandra, Newton-XMM, Swift) e di moderni strumenti ottici e infrarossi a terra e nello spazio (e.g. HST,
SPITZER), ci consente di poter studiare, per la prima volta praticamente in simultanea, le sorgenti su quasi tutto lo spettro elettromagnetico. Tuttavia, per poter
sfruttare al meglio le opportunità offerte da tale contesto, è oltremodo necessario che venga sviluppata una nuova generazione di strumenti a terra per l'osservazione
dei raggi gamma di altissima energia, in modo da incrementare significativamente, anche a tali frequenze, la sensibilità, la banda energetica osservata e il campo di
vista. La comunità astrofisica delle altissime energie ha ben compreso questa necessità e si sta muovendo, a livello mondiale, verso la realizzazione di telescopi
Cherenkov di nuova generazione. Grandi progetti come l'europeo Cherenkov Telescope Array (CTA) e l'americano Advanced Gamma-ray Imaging System (AGIS)
sono attualmente in avanzata fase di studio. Si sta anche valutando la possibilità di unificare gli sforzi attualmente in atto in Europa, USA e Giappone e realizzare
così un osservatorio per raggi gamma di altissima energia che soddisfi i bisogni della comunità per svariate decine di anni.
L'Europa, con i due esperimenti HESS e MAGIC è al momento sicuramente leader in questa branca dell'astronomia gamma. Un consorzio di scienziati europeo sta
studiando come realizzare un osservatorio Cherenkov di nuova generazione: il CTA. Il CTA è pensato per fornire una sensibilità 10 volte maggiore dei correnti
analoghi strumenti e questo combinato con una maggiore flessibilità e copertura energetica da circa 10 GeV a 100 TeV. Il CTA si avvarrà di una combinazione di
telescopi Cherenkov (alcune decine disposti su una vasta area) e di detector a grande campo. Il CTA sarà usato inoltre come un vero "osservatorio", generando una
grande quantità di dati pubblici e consentendo per la prima volta un "data mining" in questa banda. Il CTA è pensato per emergere come nodo principale in un
sistema multibanda per lo studio dell'universo non-termico attraverso un efficiente e moderno centro dati. Il CTA è stato inserito nel 2008 nella roadmap dello
European Strategy Forum on Research and Infrastructure (ESFRI). Inoltre, è stato valutato dall'agenzia ASPERA come uno dei sette progetti europei più importanti
per la fisica astroparticellare ed ha un punteggio molto elevato nel Piano Strategico per l'Astronomia Europea pubblicato da ASTRONET.
L'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) nasce nel 2003 dall'unione degli Osservatori Astronomici e degli ex istituti del CNR che si occupavano di astrofisica.
L'INAF ha quindi una lunga tradizione ed esperienza nel campo della Astrofisica delle alte energie e sta correntemente partecipando ad esperimenti Cherenkov
internazionali, quali MAGIC e CTA [1], fornendo sia supporto scientifico che tecnologico. Questi esperimenti vengono inoltre svolti in stretta collaborazione con i
ricercatori dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e rappresentano un importante punto di incontro tra queste due comunità. Il contributo che l'INAF da al
CTA [1] riflette la lunga esperienza che hanno i suoi ricercatori nel campo
dell'Astrofisica delle Alte e delle Altissime Energie sia dal punto di vista tecnologico sia da quello teorico-interpretativo oltre che da quello osservativo anche in
diverse bande. Il gruppo "Specchi" di INAF-OA Brera ha, ad esempio, sviluppato una nuova tecnica per la produzione di ottiche segmentate particolarmente adatte
ai telescopi Cherenkov: questa tecnica è denominata "Cold Slumping"[24].
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Il procedimento costruttivo dei pannelli ottici prevede l'uso di un master per impartire a un sottile foglio di vetro una forma concava. Il foglio in vetro incurvato è
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quindi fissato ad una struttura a cella d'ape e un altro foglio in vetro è incollato sul retro della struttura. Questo approccio è molto interessante perchè permette la
produzione in massa con tempi molto contenuti (per es. 5 specchi al giorno impiegando 5 master se disponibili) con bassi costi e pesi. Questa tecnica e' stata
sviluppata da INAF-OAB in collaborazione con la ditta Media-Lario ed in stretto contatto con il gruppo INFN dell'Università di Padova. INAF-OAB ha realizzato lo
scorso anno la produzione, tramite questa tecnologia, di 100 dei 240 specchi previsti per MAGIC 2 [2,19].
In vista del CTA, questa tecnica dovrebbe essere ulteriormente migliorata, puntando ad ottenere performances ancora più spinte e con la possibilità di usare anche
profili asferici. Un'altra importante esperienza che IASF-Palermo e INAF-OAB possono portare al progetto CTA concerne lo studio e sviluppo di Telescopi
Cherenkov a grande campo di vista (FoV). I telescopi Cherenkov non possono ottenere FoV piu' grandi di 3-5 gradi a causa delle aberrazioni ottiche e dell'ostruzione
del detector sullo specchio. Lo sviluppo di una nuova generazione di telescopi Cherenkov che unisca una buona sensibilità ad un grande campo di vista è
indispensabile allo scopo di monitorare una grande porzione di cielo al TeV [23].
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INAF-OAB sta studiando l'uso di una tecnica di "slumping" a caldo per la realizzazione di telescopi a grande campo aplanatici basati su un design a due specchi del
tipo Ritchey-Chretienne [3,10-16].
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Questa configurazione puo fornire una PSF di pochi primi d'arco su un campo di vista di 5 gradi. IASF-Palermo, nel contesto del progetto GAW [5,7], sta
realizzando una nuova tecnica basata sull'uso di una lente di Fresnel come collettore di luce, invece che specchi. Questo approccio può fornire un grande campo di
vista evitando nel contempo una forte riduzione dell'area della pupilla. Entrambe le soluzioni proposte potrebbero essere implementate in CTA, in particolare per i
telescopi esterni dell'array aventi il compito di trigger e survey.
IASF-Pa è anche coinvolta nello studio di detector di piano focale consistenti in un array di fotomoltiplicatori a multi anodo (MAPMT) operanti in "single photon
counting mode" (SPC) invece del metodo di integrazione di carica largamente usato per gli esperimenti IACT [6].
INAF-OA Roma (OAR) ha una lunga esperienza nella creazione, uso e mantenimento di archivi di dati scientifici e databases (e.g. Progetto DIANA, archivi scientifici
di REM ed LBC). Dal 2005 OAR partecipa alle attività tecnico/scientifiche dell'ASI Data Center (ASDC) e dal 2007 partecipa all'esperimento MAGIC attraverso
un'attività di analisi dati. IASF-Roma e IASF-Pa invece portano nel progetto la lunga esperienza nel campo della gestione di missioni spaziali per astronomia X e
gamma. IASF-Pa, IASF-Rm e OAR hanno anche una lunga esperienza di analisi dati X e gamma. L'INFN di Roma Tor Vergata porta nel progetto le competenze
specifiche della costruzione, gestione ed analisi dati di Fermi e AGILE e dell'organizzazione di campagne a multi-frequenza. OA Bologna (OABo) e IASF-Pa hanno
una profonda esperienza nel monitoraggio e nell'analisi delle condizioni ambientali nei pressi dei siti astronomici. Sia OABo che OAR hanno poi una lunga
tradizione nella gestione di osservatori astronomici e sono esperti per tutte quelle attività legate alla loro gestione scientifica dalla raccolta delle proposte alla
distribuzione dei dati.
Testo inglese
The results of the latest generation of ground-based gamma-ray instruments such as H.E.S.S., MAGIC, CANGAROO or VERITAS, have shown that the very high
energy (VHE) gamma-ray astronomy has grown to a genuine branch of astronomy. Cherenkov Telescopes are now allowing imaging, photometry and spectroscopy of
sources of high-energy radiation with good sensitivity and good angular resolution. Nevertheless, the next decade can be considered the "golden age" of the Gamma
Ray Astronomy with two gamma ray dedicated satellites (AGILE and Fermi) in orbit. Moreover, thanks to many X-ray experiments already in orbit (e.g. Swift,
Chandra, NewtonXMM, etc.) and to many other new ground-based optical and infrared instruments, it will be possible to imagine the Universe for the first time all
over the electromagnetic spectrum almost at the same time. In such a scenario a new generation of ground-based VHE gamma-ray instruments are needed in order to
significantly improve the sensitivity, the observed energy band, the field of view, the signal sampling and reducing the observing time. The VHE astrophysics
community is moving towards such a new generation of Cherenkov esperiments both in Europe and USA. Big projects such as the Cherenkov Telescopes Array (CTA)
in Europe and the Advanced Gamma-ray Imaging System (AGIS) in USA are now being planned. It is also possible that the efforts currently ongoing in Europe, USA
and Japan may unify into a world-wide collaboration to construct a gamma-ray observatory capable of addressing the needs of the astronomical community for the
next several decades.
A consortium of European scientists is now planning the design of the new research facility: the CTA. CTA is conceived to provide 10 times the sensitivity of current
instruments, combined with increased flexibility and increased coverage from some 10 GeV to some 100 TeV. CTA should be a combination of the well proven
Cherenkov telescopes (some tens will be deployed over a large area) and of wide-field gamma detectors. CTA will be also operated as an "observatory" generating a
large amount of data really open to public access and allowing data mining in addition to targeted observation proposals. CTA aims to emerge as a cornerstone in a
networked multi-wavelength, multi-messenger exploration of the Non-thermal Universe. For this reason also issues such as data reduction and dissemination have to
be conceived and developed within the CTA project. CTA has been included in the 2008 roadmap of the European Strategy Forum on Research Infrastructures
(ESFRI). It is one of the seven most important projects of the European strategy for astroparticle physics published by ASPERA, and highly ranked in the "strategic
plan for European astronomy" of ASTRONET.
Since 2003, the Italian National Institute for Astrophysics (INAF) is collecting all the italian research institutions operating in the field of Astronomy and Astrophysics
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(formerly Astronomical Observatories and ex-CNR institutes). INAF has a long lasting experience in the field of the high energy astrophysics, inherited from the
former institutes. INAF is currently participating to projects in the VHE gamma astrophysics including Cherenkov experiments (e.g. GAW and MAGIC)[1,5]
providing both technological and scientific support. INAF scientists are also participating to the CTA Project [1]. This project is carried on in strict collaboration
with their italian colleagues from INFN as well with other scientists from many european institutions. The INAF contribution to CTA is reflecting its background and
know-how in the field of VHE astrophysics, VHE technologies, space- and ground-based observatories management and operations, multiwavelength observations
and data analysis. The INAF-OAB "Mirrors" group has developed a new technique for the production of segmented optics. This is based on the so called "Cold
slumping"[24], a technology specifically addressed to the realization of segmented primary mirrors of Cherenkov telescopes.
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This technique uses a convex Aluminium master mould figured by fly cutting to impart to a thin (1-2 mm thick) sheet of glass a concave shape. This approach is very
attractive since massive production with short manufacturing times is possible (e.g. 5 mirrors per day if 5 masters are available) maintaining very low costs and
weigths. This technique has been developed by INAF-OAB in collaboration with the Media Lario company and in close contact with the INFN group at the University
of Padova. Based on this development, 100 of the 240 square segments with spherical shape of the MAGIC 2 primary mirror have been produced under the
INAF-OAB responsibility and have been assembled onto the MAGIC 2 telescope.
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In view of the implementation of CTA this technology should be improved aiming at achieving imaging performances even better and with the possibility of using also
aspherical profiles (e.g. parabolic shapes).
Another important contribution from INAF institutes (IASF-Palermo and OAB) to CTA is regarding the study and development of Cherenkov Telescopes with a large
Field of View (FoV). Cherenkov telescopes cannot achieve FoVs larger than 3-5 degrees because of the mirror optical aberrations and the shadowing of the detector
on the mirrors. Development of new generation Cherenkov Telescopes joining a good sensitivity level with large FoV is mandatory in order to monitor large portion
of the sky at TeV energies [23].
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INAF-OAB is developing the use of "hot slumping" techniques for the realization of the wide field aplanatic telescopes relying upon a modified Ritchey-Chretienne
two mirrors design[3,10-16]. This configuration can get a PSF of a few arcmin over a Field of View up to 5 deg.
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IASF-Palermo, in the context of the GAW project [5,7], is realising a novel technique based on the use of Fresnel lenses as light collectors instead of mirrors, to
achieve large fields of view avoiding strong reduction of the pupil area. Both the proposed solutions could be implemented in CTA, in particular for the external
telescopes of the array with triggering and surveying purposes.
IASF-Palermo is also involved in the study of a focal surface detector consisting of an array of multi-anode photomultipliers (MAPMT) operated in single
photoelectron counting (SPC) mode instead of the charge integration method widely used in the IACT experiments[6].
OA Roma (OAR) has a long lasting experience in the creation, use and mantainance of scientific data archives and databases (e.g. DIANA Project, REM Archive,
LBC Scientific Archive). Since 2005, OAR is also participating to the scientific and technical activities of the ASI Science Data Center (ASDC). Since 2007 OAR has
started to achieve expertise in the MAGIC data analysis. IASF-Roma as well as IASF-Palermo and OAR have also a deep know-how in data analysis of gamma-ray
and X-ray experiments. The INFN group of UniRoma2 Tor Vergata has acquired a large experience in construction and management of both AGILE and
Fermi(GLAST) as well as data analysis from both satellites. The AGILE PI is in this RU. OA Bologna (OABo) and IASF-Palermo have also gained a large experience
in the monitoring and analysis of the atmospheric condition close to the astronomical optical telescopes. They participated to the selection of sites hosting optical
telescopes having different size and locations, they are also covering an important role within the CTA international collaboration in defining requirements of both
the site and infrastructures in order to guarantee the best performance of the global system during the years. OABo and OAR are also deeply involved in the
management of astronomical observatories (e.g. Loiano, Campo Imperatore, LBT, REM). OAR, OABo and IASF-Roma are also expert in the management of:
observing proposals, observation schedules, Target of Opportunity observations, instrument setting-up, data distribution.
12 - Riferimenti bibliografici
[1] ANTONELLI L. A. (2009). From MAGIC to CTA: the INAF participation to Cherenkov Telescopes experiments for Very High Energy Astrophysics. In: LII
congresso della Societa' Astronomica Italiana. Teramo, 4-8 Maggio 2008, ISBN/ISSN: 0390-1106
[2] Bastieri, D., Arnold, J., Baixeras, C., Citterio, O., Dazzi, F., De Lotto, S., Doro, M., GHIGO, M., Giro, E., Goebel, F., Kosyra, R., Lorenz , Mariotti, M.,Mirzoyan,
R., Paoletti, M., Pareschi, G., Pascoli, D., Pepato, A., Peruzzo, L., "The reflecting surface of the MAGIC-II Telescope", Proc. Proceedings of the 30th International
Cosmic Ray Conference, Merida, July 2007 ,
[3] Canestrari, R., Ghigo, M., Basso, S., Spiga, D., Proserpio, L. "Lightweight optical segment prototype for adaptive optics manufactured by hot slumping" In:
Adaptive Optics Systems, Proceedings of SPIE. (vol. 7015), 2008
[4] Canestrari, R., Ghigo, M., Pareschi, G., Basso, S., Proserpio, L. "Investigation of a novel slumping technique for the manufacturing of stiff and lightweight optical
mirrors" In: Advanced Optical and Mechanical Technologies in Telescopes and Instrumentation, Proceedings of SPIE. (vol. 7018), 2008
[5] O. Catalano, G. Cusumano, S. Giarrusso, G. La Rosa, M. Lozano, M.C. Maccarone, I. Martel, M. Moles, M. Pimenta, F. Prada, B. Sacco, "GAW, Gamma Air
Watch: a very large field of view imaging atmospheric Cherenkov telescope. Concept design and science case", (Eds.) , December 2005 http://gaw.ifc.inaf.it
[6] O. Catalano, M.C. Maccarone, B. Sacco, "Single Photon Counting Approach for Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes", Astroparticle Physics, 2007
(submitted)
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[7] G. Cusumano, G. Agnetta, A. Alberdi, M. Alvarez, P. Assis, B. Biondo, F. Bocchino, P. Brogueira, J.A. Caballero, M. Carvajal, A.J. Castro-Tirado, O. Catalano,
F. Celi, J. Costa, C. Delgado, G. Di Cocco, A. Dominguez, J.M. Espino Navas, M.C. Espirito Santo, M. Gallardo, J.E. Garcia, S. Giarrusso, M. Gómez, J.L. Gómez,
M. Guerriero, A. La Barbera, G. La Rosa, M. Lozano, M.C. Maccarone, A. Mangano, I. Martel, E. Massaro, T. Mineo, M. Moles, A.M. Moro, F. Perez-Bernal, M.A.
Péres-Torres, M. Pimenta, F. Prada, J.M. Quesada, J.M. Quintana, J.R. Quintero, J. Rodriguez, F. Russo, B. Sacco, M.A. Sanchez, A. Segreto, B. Tomé, A. de Ugarte
Postigo, P. Vallania, "GAW - An Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope with Large Field of View", Proc. 30th ICRC, Merida, Mexico, July 2007
(arXiv:0707.4541, astro_ph)
[8] Fernandez, J., et al., "Optics of the MAGIC telescope", Appendix A of J. Barrio, et al., The MAGIC Telescope, MPI-PhE/98-5, Max-Planck-Institut f¨ur Physik
(1998)
[9] Garczarczyk M., et al., "The Active Mirror Control of the MAGIC Telescope", in Proc. the 28th International Cosmic Ray Conference, Tsukuba, T. Kajita, et al.
(Ed.),5, 2935-+ (2003)
[10] GHIGO M., R. CANESTRARI, S. BASSO, D. SPIGA. "Development of lightweight optical segments for adaptive optics" In: Astronomical Adaptive Optics
Systems and Applications III. Proc. SPIE. (vol. 6691), 2007
[11] Ghigo, M. , Canestrari, R., Spiga, D., Novi, A., "Correction of high spatial frequency errors on optical surfaces by means of Ion Beam Figuring", SPIE Proc.,
"Optical manufacturing and testing VII", 2007, vol. 6671, 667114
[12] Ghigo, M. , Basso, S. , Citterio, O. , Mazzoleni, F. , Vernani, D. , "Manufacturing of lightweight glass segments for adaptive optics", SPIE Proc., 6272, Advances
in Adaptive Optics II, 2006, 62720X-1
[13] Ghigo, M., Citterio, O., Vernani, D. "Development of active/adaptive lightweight optics for the next generation of telescopes", SPIE Proc., 6148, 2nd
International Symposium on Advanced Optical Manufacturing and Testing Technologies: Large Mirrors and Telescopes, 2007, in press
[14] Ghigo, M. "Slumped shell test progress review", Doc. n. ELT-TRE-INA-09300-0007 Technical Report ELT Design Study ESO/FP6, (2006).
[15] Ghigo, M. "Development of slumping technique. Statement of Work", Technical Report. n. ELT-SOW-INA-09300-0004, ELT Design Study ESO/FP6, (2006).
[16] Ghigo, M. , "Slumping Furnace and Mould specification", Technical Report. . n. ELT-SPE-INA- ELT Design Study ESO/FP6, (2006).
[17] Goebel, F., "Status of the second phase of the MAGIC telescope", Proceedings of the 30th International Cosmic Ray Conference, Merida, July 2007 , in press
[18] Lorenz, E., et al. 1999, "The MAGIC Telescope Project", AIP Conference Proceedings, 515, 510
[19] Mirzoyan, R., Technical Innovations for the MAGIC Project, in Proc. the 28th International Cosmic Ray Conference, Tsukuba, T. Kajita, et al. (Ed.), 5, 2963
(2003)
[20] Moralejo, A., et al, "The MAGIC telescope for gamma-ray astronomy above 30 GeV", Chin. J. Astron. Astrophys. Vol. 3 (2003), Suppl., 531-538
[21] PARESCHI G, GIRO E, BANHAM R, BASSO S, BASTIERI D, CANESTRARI R, CEPPATELLI G, CITTERIO O, DORO M, GHIGO M., MARIONI F, MARIOTTI
M, SALVATI M, SANVITO F, VERNANI D. "Glass mirrors by cold slumping to cover 100 m2 of the MAGIC II Cherenkov telescope reflecting surface" In: Advanced
Optical and Mechanical Technologies in Telescopes and Instrumentation, Proceedings of SPIE. (vol. 7018), 2008
[22] Spano', P., Zerbi, F. , Norrie, C., Cunningham, C., Strassmeier, K., Bianco, A. , Blanche, P., Bougoin, M., Ghigo, M. ,Hartmann, P., Zago, L., Atad-Ettedgui, E.,
Delabre, B., Dekker, H., Melozzi, M., Snyders, B., Tak, k., R., Challenges in optics for Extremely Large Telescope instrumentation, Astronomische Nachrichten,
Vol.327, Issue 7, p.649-673
[23] V. V. Vassiliev, S. J. Fegan, P. F. Brousseau, "Wide field aplanatic two-mirror telescopes for ground-based gamma-ray astronomy", Astropart.Phys, 2007, in
press
[24] VERNANI D, BANHAM R, CITTERIO O, SANVITO F, VALSECCHI G, PARESCHI G, GHIGO M., GIRO E, DORO M, MARIOTTI M. "Development of
cold-slumping glass mirrors for imaging Cherenkov telescopes" In: Advanced Optical and Mechanical Technologies in Telescopes and Instrumentation, Proceedings
of SPIE. (vol. 7018), 2008
13 - Descrizione del programma e dei compiti dell'Unità di Ricerca
Testo italiano
La tecnologia dei telescopi Cherenkov è ormai ben consolidata, così come sono ben note le prestazioni ed i limiti della strumentazione utilizzata. L'osservatorio CTA
è volto ad aumentare la sensibilita' nella banda di energia principale (100 GeV - 10 TeV) di circa un ordine di grandezza e ad espandere la banda osservabile alle
basse ed alle alte energie di questo tipo di esperimenti migliorando, inoltre, la loro risoluzione angolare e temporale. Questi obiettivi potranno essere raggiunti
attraverso l'utilizzo di una rete di varie decine di telescopi. Lo sviluppo delle prestazioni dei singoli telescopi, ottenibili migliorando le tecniche di manifattura nel
campo dei sensori e nell'elettronica dei processi dei segnali, permetteranno di ampliare ulteriormente le prestazioni del CTA. Per la prima volta per questo tipo di
strumenti il CTA sara' utilizzato come un vero osservatorio accessibile a tutta la comunità.
L'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) partecipa attivamente a questo progetto coprendo importanti aree tematiche, sulla base delle competenze e delle esperienze
a disposizione all'interno dell'Istituto:
1) Studio e sviluppo di nuovi metodi di produzione di specchi per sistemi di telescopi Cherenkov.
1.1) Miglioramento delle prestazioni per la replica di specchi con la tecnica del "Cold slumping".
Gli specchi per telescopi Cherenkov hanno diametri molto grandi (per es. Magic I e II hanno un diametro di 17 metri) e dunque la loro superficie è tassellata. Lo
specchio è creato assemblando un adeguato numero di tasselli ottici tenuti singolarmente in posizione dalla struttura meccanica dello strumento. E' dunque chiaro
che il numero di segmenti o tasselli da creare è piuttosto grande e che quindi il costo unitario del segmento incide sensibilmente sul costo globale dello strumento. Il
successo della tecnica Cherenkov per l'astronomia TeV ha portato la comunità astronomica internazionale a chiedere lo sviluppo di nuovi strumenti aventi una
crescita della sensibilità e una diminuzione della soglia di energia. Questo può essere raggiunto aumentando il numero di telescopi e/o aumentando
significativamente la superficie riflettente dei singoli telescopi. Per questo motivo è necessario studiare nuovi metodi per la realizzazione di grandi specchi di alta
qualità e di basso costo. Recentemente un metodo di replica denominato "Cold Slumping", che usa una struttura a sandwich di due strati di vetro sottili con in mezzo
alluminio Hexcell (materiale di buona conducibilità termica) e' stato sviluppato da OAB per la realizzazione di circa un centinaio dei segmenti di Magic II di
(dimensione di 1m x 1m) ottenendo risultati eccellenti in termini di risoluzione angolare.
Tale metodo può essere migliorato ulteriormente per produrre specchi più larghi, leggeri e precisi ad un costo più basso.
Nel contesto di questa proposta si vogliono percorrere tre direzioni:
i) semplificazione e riduzione dei costi di specchi di grande superficie; ii) studio di grandi specchi asferici; iii) studio di "coating" per aumentare la riflettività e allo
stesso tempo la resistenza agli agenti atmosferici quali ad es. la polvere (specchi self-cleaning).
A questo proposito le attività che saranno svolte dall'unità INAF riguardano:
°Costruzione di specchi esagonali (piuttosto che quadrati come è stato fatto sinora) con spigolo di 1.5 m.
°Realizzazione di stampi negativi di appropriata forma asferica con sezione parabolica realizzati attraverso lavorazione al diamante.
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°Uso di vetri multistrato incollati insieme per ottenere la forma finale, allo scopo di seguire meglio la forma dello stampo.
°Uso di foam in vetro o materiali ceramici al posto dell'honeycomb al fine di incrementare la rigidità strutturale del segmento e eliminare l'impatto del
"print-through" della struttura Hexcell visibile a basso livello nei segmenti prodotti con il "Cold slumping".
°Miglioramento della resistenza della superficie riflettente attraverso uno strato intermedio di cromo per aumentare l'aderenza dell'alluminio. Un ulteriore strato
protettivo basato su nanotubi (lo spessore di 5-10 nm non provoca la riduzione delle prestazioni ottiche), che agiscono attraverso il cosiddetto "Lotus effect", sarà
preso in considerazione per migliorare la qualità e la capacita' di auto-cleaning dei segmenti.
Queste attività saranno supportate dalla costruzione di schede elettroniche, campioni e prototipi. Uno stampo ad hoc sarà realizzato per migliorare la tecnica di
produzione "diamond milling" con il contributo delle attività di ricerca dell'unita INFN di Padova nel contesto del presente progetto. Si fa osservare che questa
ricerca potrebbe avere una ricaduta tecnologica anche nel campo dei concentratori solari di grande area.
2) Studio e sviluppo di una nuova concezione di ottiche per grandi campi di vista
2.1) Pannelli per specchi secondari costituiti da segmenti di vetro formati a caldo per i telescopi Cherenkov a grande campo di vista.
Quando è necessario creare segmenti ottici aventi raggi di curvatura più ridotti, la tecnica del "Cold Slumping" non è adeguata in quanto il foglio di vetro non
accetta di piegarsi oltre un certo limite. In tal caso diventa indispensabile impiegare un processo di formatura a caldo. Questa tecnologia impiega un stampo fatto in
ceramica per cambiare la forma di un foglio di vetro sottile ed inizialmente piatto impartendogli la forma desiderata. Tale tecnologia è stata studiata per gli specchi
adattivi segmentati del telescopio ottico E-ELT ma è pensabile estenderla anche alla produzione degli specchi secondari per i telescopi aplanatici Cherenkov a
grande campo di vista proposti da Vasiliev et al. (2007)[23]. Questa ricerca è un complemento ideale per le attività di progetto e simulazione portate avanti dal
gruppo INAF di Palermo nel progetto il miglioramento dei telescopi a grande campo di vista. Il processo prevede l'utilizzo di un ciclo termico per piegare a caldo un
foglio di vetro sottile (1-2 mm) mandandolo a contatto con un mould ottico in ceramica. Una volta che il vetro è sufficientemente caldo si ammorbidirà abbastanza
per essere modellato dallo stampo. Alla fine del processo il foglio di vetro verrà mantenuto sullo stampo e tramite la applicazione del vuoto sarà mandato
completamente a contatto con lo stampo stesso. Poiché il vetro è stato incurvato a caldo la sua forma è gia molto vicina a quella dello stampo e quindi è facilmente
mandato a contatto. Successivamente, in modo analogo al processo di "Cold slumping" già descritto precedentemente, si incollerà sul segmento incurvato un foam di
vetro presagomato per accogliere la curvatura del segmento. Un ulteriore foglio piano verrà poi incollato sul foam al fine di creare una struttura a sandwich.
Quando la colla sarà indurita il segmento potrà essere separato dallo stampo e la superficie del foglio di vetro potrà essere ricoperta da uno strato riflettente. Il
vantaggio di questo approccio risiede nel fatto che una volta che lo stampo è stato costruito è possibile replicare molto velocemente un numero di segmenti a basso
costo di produzione e con un ottima precisione, potenzialmente superiore a quella ottenibile con la tecnica del "Cold slumping". Verrà sviluppato uno stampo ad hoc
e tramite il processo di formatura a caldo verranno create diverse sue copie con un profilo di superficie riproducente gli specchi secondari dei telescopi TeV a grande
campo. Un appropriato piano di supporto posteriore verrà disegnato e sviluppato per il fissaggio dei pannelli sottili cosi' prodotti.
2.2) Un progetto ottico differente che ottimizza le performance del largo campo
Ad alte energie (intorno ai 100 TeV), dove la scarsità degli eventi richiede un area efficace molto grande (raggi dell'ordine di 1 km), è necessario un grande campo di
vista (~8°) per formare le immagini di sciami lontani. Nell'ambito del progetto CTA, il gruppo dell'IASF-Palermo è rivolto allo studio di un telescopio Cherenkov
dotato di un grande campo di vista, esaminando e confrontando le proprietà ottiche di diverse configurazioni e analizzando il loro impatto sulla capacità di
ricostruzione dei parametri fisici degli sciami atmosferici. A tal fine si intende prendere in esame diversi disegni ottici esplorando sia tecniche rifrattive che riflessive.
Dispositivi ottici che usano elementi rifrattivi, come le lenti di Fresnel, sono stati studiati nell'ambito della collaborazione GAW per la realizzazione a terra di un
prototipo di Telescopio Cherenkov. Noi vogliamo proseguire l'indagine delle possibilità offerte dai sistemi rifrattivi che usano lenti di Fresnel confrontando le loro
prestazioni con quelle offerte dai sistemi ottici riflessivi come le Camere Schmidt. Le possibilità delle Camere Schmidt sono totalmente inesplorate nell'ambito
dell'Astronomia al TeV ma molto promettenti e, anche in questo contesto, una lente di Fresnel potrebbe rivelarsi utilissima per correggere la rimanente aberrazione
sferica. Il nostro studio sarà basato soprattutto su simulazioni al computer sia utilizzando software commerciale come ZEMAX che sviluppando sofware ad hoc.
Saranno prese in considerazione e studiate le prestazioni di un singolo telescopio e quelle di un sistema formato da molti telescopi allo scopo di ottimizzare le
capacità della configurazione finale. L'uso estensivo della tecnica stereoscopica applicata ad un sistema costituito da molti telescopi potrebbe migliorare
significativamente la capacità di discriminare tra adroni e fotoni gamma così come quella di migliorare la sensibilità di almeno un ordine di grandezza rispetto agli
attuali telescopi. Lo scopo di questo studio si può pertanto riassumere in:
a)Studiare un dispositivo ottico con grande campo di vista che abbia allo stesso tempo le caratteristiche e le capacità ottiche richieste dall'astronomia al TeV;
b)Studiare la disposizione geometrica più opportuna per un sistema costituito da molti telescopi Cherenkov allo scopo di ottimizzarne le prestazioni nell'ambito delle
tecniche di osservazione stereoscopica.
3. Studio, progetto e realizzazione di un efficiente sistema di "trigger" per una camera basata su MAPMT
Lo IASF-Pa, alla luce dell'esperienza acquisita negli ultimi anni nello sviluppo di GAW (Gamma Air Watch), propone lo studio di un progetto di sistema di "trigger"
per una camera ad alta segmentazione, basata sulla tecnica di "Single Photon Counting", con l'obiettivo finale di implementare l'algoritmo di "trigger" su FPGA
(Flexible Progammable Gate Array).
Sciami atmosferici prodotti da primari Gamma o Adroni producono segnali luminosi, spazialmente e temporalmente coerenti, rivelabili con Telescopi Cherenkov
come immagini di ampiezza angolare di 0,5 x 1 grado quadrato. Sebbene il lampo di luce Cherenkov prodotta da sciami da gamma o da adroni duri pochi nano
secondi, un considerevole ammontare di luce dal "Night Sky Background (NSB) è sempre presente. Questa componente di luce diffusa, pur essendo incoerente, può
casualmente produrre immagini simili a quelle prodotte da sciami. Criteri di selezione sono stati usati per rigettare la maggior parte delle coincidenze casuali dovute
ad NSB, attraverso l'implementazione di efficienti sistemi di "trigger". La logica di "trigger" deve assicurare la soppressione di coincidenze dovute a NSB ed
riconoscere con grande efficienza gli eventi da sciami atmosferici per segnali luminosi al di sopra di una soglia predeterminata. Tale soglia di trigger deve essere
posta in modo che gli eventi casuali siano in numero cosi basso da non accecare il rivelatore a causa del tempo morto di analisi. Nell'ambito di questo progetto lo
IASF-Pa propone:
a) Lo sviluppo di algoritmi di "trigger" e lo studio comparativo tra le tecniche basate sulla sovrapposizione di settori adiacenti dell'immagine ed il "pattern
recognition".
b) Lo sviluppo di un "trigger firmware" da implementare in FPGA.
c) Test e verifica dello schema di trigger su un prototipo, già disponibile, di camera di piccola dimensione di 16 x 16 canali basato su quattro sensori "Hamamatsu
MAPMT R7600".
4) Scelta del sito e progettazione dell'osservatorio CTA
4.1) Scelta del sito.
L'OA Bologna (OABo) e l'IASF-Palermo si stanno occupando nell'ambito del CTA della definizione dei requisiti del sito e delle infrastrutture attraverso: i) l'analisi
dei parametri ambientali che caratterizzano ogni sito considerato; ii) la strategia di selezione dei siti candidati; iii) il loro monitoraggio per garantire la migliore
efficienza globale nel tempo. L'attività che si intende svolgere in questo progetto riguarda essenzialmente la raccolta di tutte le possibili informazioni su siti già
"esplorati", integrando le informazioni da terra con i dati ottenuti da satelliti (che sono in gran parte complementari) attraverso l'analisi dei dati disponibili da
satellite e dalle stazioni di terra. Il passo successivo sarà quindi: 1) fare una lista delle variabili necessarie per classificare un sito in modo da definire quali
parametri debbano essere successivamente monitorati; 2) definire la strumentazione da usare e le strategie da seguire.
4.2) Progettazione dell'osservatorio CTA.
La grande flessibilità fornita dalla struttura ad array del CTA lancia nuove sfide rigurdanti la gestione dell'osservatorio e delle osservazioni. Il gruppo INAF (OAR,
OABo e IASF-Roma) dispone di una grande esperienza nella gestione scientifica di un osservatorio astronomico dalla ricezione dei proposal osservativi alla
distribuzione dei dati. Nell'ambito di questo progetto di ricerca si preparerà un progetto per gestire il CTA come un osservatorio. Questo progetto comprenderà:
a) review e analisi delle operazioni tecniche e scientifiche sia on-site che in remoto;
b) review e definizione delle specifiche per la gestione delle proposte e della schedula delle osservazioni;
c) progetto del sistema di gestione delle proposte.
Alla fine del primo anno verrà rilasciato un documento riguardante il CTA Observatory Project.
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Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
5) Studio e sviluppo di un archivio di dati e di strumenti per lo studio multifrequenza di sorgenti al TeV.
I telescopi Cherenkov sono molto più complicati di qualunque strumento che prende immagini del cielo in maniera diretta. Richiedono un lungo processamento per
arrivare ai parametri del gamma primario a partire dalle immagini Cherenkov. C'è un ampio spettro di parametri da selezionare, risultanti dalle diverse aree efficaci
di rivelazione e dalle caratteristiche strumentali. Le aree efficaci di rivelazione dipendono inoltre dall'angolo di zenith, dall' orientamento rispetto al campo
magnetico terrestre, etc. Tuttavia il CTA fornirà accesso ai dati ad una comunità ben piu' vasta di quella che ha realizzato gli strumenti. Questo implicherà che il
formato dei dati e del software per analizzarli dovrà essere facilmente leggibile e comprensibile anche al non esperto. I dati presenti nell'archivio del CTA così come
quelli risultanti dalle procedure di analisi standard dovranno essere in un formato compatibile con gli standard astronomici (e.g. FITS). Come parte integrante di
questo progetto OAR e IASF-Pa studieranno e svilupperanno un formato per i dati CTA di alto livello che sia FITS-based.
Moltissimi campi dell'astrofisica contemporanea hanno bisogno di un approccio multibanda per essere compresi completamente (e.g. AGN, GRBs, Dark Matter,
sorgenti di Raggi Cosmici, etc.). La creazione di un sistema avanzato di database con un accesso esteso alle informazioni multifrequenza è fondamentale per il
massimo sfruttamento dell'informazione contenuta nei dati. Il nostro gruppo (OAR, IASF-Rm e INFN di Tor Vergata) intende progettare e costruire in OAR un
prototipo di sistema basato su semplici script accessibili attraverso interfacce web, per confrontare i risultati dei telescopi Cherenkov (usando dati di MAGIC e
MAGIC2) con immagini, cataloghi e dati in differenti bande. Prototipo che verrà poi proposto in ambito CTA.
Testo inglese
Imaging atmospheric Cherenkov telescopes are by now a well established technique and both the performance and the performance limitations of current instruments
are well understood. The aims of the CTA observatory are to increase sensitivity in the core energy range (100 GeV - 10 TeV) by roughly one order of magnitude and
to expand the energy range for very high energy gamma astronomy towards both lower and higher energies (10GeV - 100TeV). In addition, CTA would provide both
significant improvements in angular resolution on larger field-of-view, revealing finer details of the sources, and unprecedented detection rates, enabling researchers
to track transient phenomena on very short time scales. These achievements will be possible by using an array of many tenths of telescopes. Nevertheless,
enhancements in the performance of the individual telescope, reflecting the progress in manufacturing techniques, in light sensors and in signal processing
electronics, will further boost array performance. The Italian National Institute for Astrophysics (INAF) is participating to the this research project covering different
key arguments and reflecting the background and expertise present in the institute:
1) Development of new methods to product mirrors for Cherenkov Telescopes.
1.1) Improvent of cold slumping replica mirror performances.
Cherenkov telescopes have very large mirror diameters (e.g. both MAGIC telescopes have a diameter of 17 meters) and hence their mirrors are tasselled (i.e. mirror
is created assembling an adequate number of optical segments). It's clear that the number of segments to be manufactured for large telescopes is large and the cost
per segment is an important factor weighting on the total cost of the instrument. Both the increase in sensitivity and a lower energy threshold can be achieved in
Cherenkov technique by increasing the number of telescopes and by increasing the individual mirror area/telescope (i.e. a large increase of reflector area). At the
same time we also need to improve the optical quality. So, new methods for cost-effective high quality large mirrors are needed. Recently, a replica method called
"Cold slumping" has been developed by INAF-OAB that employ a sandwich structure of thin glass sheets interspaced by aluminium Hexcell (for good heat
conductivity). Using this technique we produced about 100 optical panels (size 1m x 1m) for the Magic II telescope obtaining very good results in terms of angular
resolution. This method can be improved to produce larger, stiffer and even more precise mirrors at lower costs. Three directions are promising to be investigate in
the context of the present research project: i) Simplification and cost reduction for large area mirrors; ii) introduction of aspheric-shaped large mirrors; iii) use of
overcoatings to increase reflectivity and a better protection against atmospheric agents (i.e. self-cleaning mirrors).
Further improvements that will be investigated by INAF are:
°the construction of hexagonal (instead of the square panels used so far) mirrors of 1.5 m minor dimension.
°shaping over a negative master with the appropriate aspherical shape (requires diamond machined forms with a surface describing a section of the parabolic overall
mirror shape).
°use of multilayer glass sheets glued together in the final shape (plywood like structure), in order to better follow the profile of the mould and to increase the precision
of at least a factor of 2;
°use of a glass or ceramic foam instead of the Hexcell substrate with the aim to increase the stiffness of the segment and remove the print-through of the Hexcell
structure visible at low level in the segments manufactured with the "Cold slumping".
°Improving the reflecting surface durability through an intermediate Chromium layer to increase the Al adherence to the panel. Moreover, the use of some additional
protective layer (based on nanotubes), acting with the so called "Lotus effect", will be tested . This can improve the mirror quality and also the lifetime (self-cleaning
mirrors). The layer is only 5-10 nm thick and no optical losses occur.
All these tasks will be studied with the production of breadboards, samples and prototypes. An ad hoc mould will be also produced, realing on the improvements on
the diamond milling production that will be achieved thanks to the research activity to be carried out by the Unit INFN at the Univ. of Padova in the context of the
present project.
2) Study and development of new concept optics for wide fields of view
2.1) Panels for secondary mirrors made by hot slumping of glass segments in wide-field aplanatic Cherenkov telescopes.
When it is necessary to produce optical panels having reduced radius of curvature, the "Cold slumping" technique is no longer adequate since the glass segment can
not be bended of the amount required. In this case it is necessary to use a thermal process for the forming of the surface. This technology employs a mould built in
ceramic material to change the shape of an initially thin flat sheet of glass. So far, this technology has been investigated for the segmented adaptive mirrors of future
extremely large optical telescopes like E-ELT. In the present project this approach will be extended for the production of the secondary mirrors of wide-field aplanatic
Cherenkov telescopes, of the kind proposed by Vassiliev et al., 2007 [23]. This research is an ideal complement of the design and simulation activities carried out in
the context of the present project by the INAF group in Palermo for the implementation of wide-field telescopes. Mirrors will be produced by a thermal cycle to hot
bend a thin glass segment (1-2 mm) placed above a ceramic mould. The glass will soften enough to slump onto the mould surface and adapt to its shape. At the end of
the procedure the glass will be kept onto the mould and by using a vacuum it will be forced in a full contact with it. Since the glass will be thermally bended its shape
will be very close to that of the mould and hence it will be mantained in contact with the mould very easily. Next, a foamed substrate adequately preshaped is glued to
the slumped glass and then another flat glass sheet is glued on the foam to create a sandwich structure. At this point the panel can be removed from the mould and its
concave optical surface can be coated with a reflective layer. The advantage of this approach is that, once the mould has been manufactured, it is possible to replicate
very quickly a number of segments with a low cost of production and with a very good precision, superior to that obtainable with the "Cold slumping" approach. In
order to study this method an ad hoc mould will be developed and a number of thin segments replica, with a surface profile representative of the secondary mirrors of
wide-field TeV telescopes, will be produced by hot slumping. An appropriate backplane will be designed and developed to support the back of the thin panels.
2.2) A different optical design which optimizes large field of view performance.
At extreme energies (100 TeV) where the paucity of events requires a very large impacting area (radius of the order of 1 km), the telescopes need to be provided by a
sufficient wide view angle (~8° full) to image far showers. In the framework of the CTA, the IASF-Palermo group is interested in studying a TeV Cherenkov Imaging
Telescope with a large field of view, by comparing the optical properties of different configurations and their impact on the air shower parameter reconstruction. We
intend to study different optical arrangements exploring both refractive and reflective techniques. Refractive optical elements (Fresnel lenses) have been studied by
the EUSO collaboration as a viable technique to have a large field of view with an instrument operating is space. The GAW collaboration is also studying the same
technique in the context of a terrestrial Cherenkov telescope prototype. The study of a refractive Fresnel optic systems will be performed in comparison with the
reflective Schmidt Camera design where a narrow pupil is placed in front of a spherical mirror in order to avoid off-axis aberrations. This last technique is still
unexplored in the context of the Cherenkov TeV Astronomy. A Fresnel lens could even be useful in this case to correct the remaining spherical aberrations. Our study
will be based on computer simulations by using both commercial software as Zemax and developing ad hoc software. The performance of a single telescope and of a
multi-telescope array will be also studied in order to optimize the capabilities of the final configuration. The extension of the stereoscopic technique to a
multi-telescope system (like CTA) could significantly improve the hadrons/gamma-rays discrimination capability as well as the sensitivity of the instrument. Thus, the
aim of this study is to obtain:
a)An optical design which optimizes large field of view performance and which fulfils the optical requirement of TEV Astronomy;
b)A geometrical arrangement of an Imaging Cherenkov telescope array to enhance the stereoscopic performance of a multi-telescope system.
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