5@5 – a 5 GeV energy threshold array of imaging atmospheric Cherenkov telescopes at 5 km altitude

Abstract

We discuss the concept and the performance of a powerful future ground-based astronomical instrument, 5@5 -a 5 GeV energy threshold stereoscopic array of several large imaging atmospheric Cherenkov telescopes installed at a very high mountain elevation of about 5 km a.s.l. -for the study of the γ-ray sky at energies from approximately 5 GeV to 100 GeV, where the capabilities of both the current space-based and ground-based γ-ray projects are quite limited. With its potential to detect the "standard" EGRET γ-ray sources with spectra extending beyond several GeV in exposure times from 1 to 10 3 seconds, such a detector may serve as an ideal "Gamma-Ray Timing Explorer" for the study of transient non-thermal phenomena like γ-radiation from AGN jets, synchrotron flares of microquasars, the high energy (GeV) counterparts of Gamma Ray Bursts, etc. 5@5 also would allow detailed γ-ray spectroscopy of persistent nonthermal sources like pulsars, supernova remnants, plerions, radiogalaxies, and others, with unprecedented for γ-ray astronomy photon statistics. The existing technological achievements in the design and construction of multi (1000) pixel, high resolution imagers, as well as of large, 20 m diameter class multi-mirror dishes with rather modest optical requirements, would allow the construction of such a detector in the foreseeable future, although in the longer terms from the point of view of ongoing projects of 100 GeV threshold IACT arrays like H.E.S.S. which is in the build-up phase. An ideal site for such an instrument could be a high-altitude, 5 km a.s.l or more, flat area with a linear scale of about 100 m in a very arid mountain region in the Atacama desert of Northern Chile.

Variable gamma-ray emission from the Be/X-ray transient A0535+26?

“…However, TeV photons with lower energies should be absorbed by two-photon pair production in the accretion disk X-ray photosphere. Calculations by Bednarek (1993) show that the optical depth quickly goes to values above 1 for disks with luminosities L 37 ∼ 1. The opacity effects can reach even GeV energies leading to a steepening in the spectrum with respect to what is expected from a pure pion-decay mechanism.…”

Черенковские Гамма-Телескопы: Прошлое, Настоящее, Будущее. Проект ALEGRO

“…Для эффективной регистрации упомянутых выше классов источников в диапазоне 5−30 GeV необходимо создать системы черенковских телескопов с большими зеркалами (диаметром 25−30 m) и расположить их на высотах не менее 4 km над уровнем моря (см., на-пример, [7]). Детекторы этих телескопов должны об-ладать более высокой эффективностью детектирования фотонов, чем детекторы существующих телескопов, ос-нованные на использовании традиционных вакуумных фотоумножителей (ФЭУ).…”

“…Многопиксельный детектор состоит из множества микроячеек, соединенных па-раллельно; если на детектор попадает одновременно несколько фотонов, то каждый фотон порождает лавину только в одной микроячейке, а электрический сигнал на выходе будет пропорционален количеству срабо-тавших микроячеек. Численное моделирование позво-ляет произвести оценку поверхностной плотности че-ренковских фотонов при энергиях первичных гамма-квантов около 5 GeV (см., например, [7,130]), которая показывает, что МЛФД, используемые как детекторы черенковского излучения, удовлетворяют требованиям полноценного функционирования наземных гамма-теле-скопов при таких низких энергиях первичных частиц. Основное преимущество МЛФД в сравнении с тради-ционными вакуумными ФЭУ заключается в том, что применение МЛФД позволяет проводить наблюдения в лунные ночи, что существенно увеличивает экспо-зиции исследуемых космических источников, а также в высокой квантовой эффективности -30−40% вме-сто 10−20% (см., например, [131,132]).…”

Very high-energyγ-ray emission from high-redshift blazars

“…The source is strongly variable in the GeV energy band (see Franceschini et al (2008). Also shown in the bottom panel are sensitivity curves of different ground based γ-ray telescopes: 5@5 (Aharonian et al 2000), HESS-I and HESS-II (Masbou 2010), and CTA (CTA Consortium 2011). The solid sensitivity curves for HESS-I and HESS-II correspond to spectral index of Γ = 2, dashed -to Γ = 3, and dotted -to Γ = 4.…”