[論文レビュー] Sites in Argentina for the Cherenkov Telescope Array Project

Ingo Allekotte, G. De La Vega+6 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2013

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、アルゼンチンの2か所の高地（サンアントニオ・デ・ロス・コブレス：3600 m、エル・レオンシート：2600 m）を、次世代のガンマ線宇宙望遠鏡施設「チェレンコフ望遠鏡アレイ（CTA）」の候補地として評価している。自動モニタリングシステムから得られた環境的・大気的・インfra構造的データを包括的に提示し、両サイトが、空の明るさ、背景光の低さ、エアロゾル含有量、安定したインfra構造の観点からCTAの厳しい要件を満たしていると結論づけている。両サイトは南半球における全天球カバレッジを実現する最適な選択肢である。

ABSTRACT

The Cherenkov Telescope Array (CTA) Project will consist of two arrays of atmospheric Cherenkov telescopes to study high-energy gamma radiation in the range of a few tens of GeV to beyond 100 TeV. To achieve full-sky coverage, the construction of one array in each terrestrial hemisphere is considered. Suitable candidate sites are being explored and characterized. The candidate sites in the Southern Hemisphere include two locations in Argentina, one in San Antonio de los Cobres (Salta Province, Lat. 24:02:42 S, Long. 66:14:06 W, at 3600 m.a.s.l) and another one in El Leoncito (San Juan Province, Lat. 31:41:49 S, Long. 69:16:21 W, at 2600 m.a.s.l). Here we describe the two sites and the instrumentation that has been deployed to characterize them. We summarize the geographic, atmospheric and climatic data that have been collected for both of them.

研究の動機と目的

• アルゼンチンの2か所の高地（サンアントニオ・デ・ロス・コブレスおよびエル・レオンシート）が、チェレンコフ望遠鏡アレイ（CTA）観測所の設置に適しているかどうかを評価すること。
• CTA性能に重要な環境的・大気的パラメータ（雲カバー、空の明るさ、エアロゾル含有量、天候条件）を特徴づけること。
• 地質的安定性、地震リスク、洪水リスクを評価し、大規模望遠鏡施設の長期的構造的安全性を確保すること。
• 既存インフラおよびアクセス状況（電力供給、通信網、支援サービスを提供する近隣の町）を分析し、大規模観測所の設置の実現可能性とコストに影響を及ぼす要因を評価すること。
• 南半球CTAアレイの選定を支援するデータドリブンな根拠を提示し、全天球カバレッジと科学的最適化を実現すること。

提案手法

• 両サイトに自動気象観測ステーション（Davis Weather Monitor II）を設置し、気温、気圧、湿度、風速、風向きのリアルタイムデータ収集。
• 狭帯域視野のSky Quality Meter（SQM-LR）装置を設置し、夜間の空の背景明るさを測定。標準機器とのキャリブレーションを実施。
• 両サイトにATMOSCOPE装置を設置し、気温、湿度、風、空の明るさを記録。データは視線通信回線を介して同期・送信。
• 大気エアロゾル濃度および粒子径分布を測定するため、AERONETネットワークおよびGrimm分光計を活用。大気透過率の低さを確保。
• 地盤適合性の評価のため、詳細な地質調査（レーダー探査および土壌分類：統一土壌分類システム）を実施。
• 過去データおよび現地データを用いて、地域特有の地震および洪水リスク評価を実施。極端な条件下でも構造的安全性を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サンアントニオ・デ・ロス・コブレスおよびエル・レオンシートの気象条件は、背景光と雲の干渉を最小限に抑え、高エネルギーガンマ線検出に適しているか？
• RQ2 これらの地点におけるエアロゾル濃度および大気透明度はどの程度か？他の世界的に優れた天文観測地点と比較してどうか？
• RQ3 これらの高地に位置する地点の地質的・地震的リスクは何か？大規模で感受性の高いCTA望遠鏡の建設に耐えうるか？
• RQ4 既存インフラおよび近隣の町・電力網への近接性は、大規模観測所の設置にどのような影響を及ぼすか？実現可能性とコストにどう影響するか？
• RQ5 これらの地点における空の明るさと天候パターンは、チェレンコフ望遠鏡アレイの運用要件をどの程度満たしているか？

主な発見

• 標高3600 mのサンアントニオ・デ・ロス・コブレス（SAC）では、CTA望遠鏡の運用限界である36 km/h未満の風速が、1日あたりの夜間時間の99％以上で観測され、大気透明度に優れている。
• SQM測定により、銀河中心およびミルキーウェイの寄与分を差し引いた後も、SACの空の背景明るさはCTA仕様を満たしていることが確認された。
• AERONETおよびGrimm分光計による大気エアロゾル測定では、両地点のエアロゾル濃度が地球上で最も澄んだ地点と同等であり、大気透過率が低く、水蒸気含有量も少ないことが判明した。
• 地質調査では、SACサイトに7〜8 mの非可塑性で排水性に優れた砂利層が存在し、望遠鏡建設に適した安定した地盤であると判明。地震リスクも低く（50年間で10％超過確率のピーク地盤加速度が1.4 m/s²未満）、低リスクである。
• エル・レオンシートは、CASLEO観測所および人口4000人の町エル・バレイアルに近接しており、CTA運用に不可欠なインフラ、電力、物的支援が得られると利点がある。
• 歴史的天候データおよび専用モニタリングにより、両地点の年間降水量は100 mm未満であり、雲カバーも低いことが確認された。フルスカイカメラの記録によると、LEOの78％の夜間が完全に晴天である。