Extreme Universe Space Observatory. LA MISSIONE EUSO Presentata da: Livio Scarsi EUSO PI & Osvaldo Catalano EUSO IM

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Giacinto Bartoli
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1 Extreme Universe Space Observatory LA MISSIONE EUSO Presentata da: Livio Scarsi EUSO PI & Osvaldo Catalano EUSO IM EUSO : Extreme Universe Space Observatory 1 Palermo Marzo 2004

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3 Contenuto della Presentazione Scienza con EUSO Il Consorzio Internazionale EUSO Stato della Missione in ESA/NASA/JAXA & le altre Agenzie Nazionali Obiettivi Scientifici di EUSO Lo Strumento Prestazioni e Risultati attesi Schedula Temporale EUSO-ITALIA ed INAF EUSO : Extreme Universe Space Observatory 3

Obiettivi Scientifici di EUSO Lo Strumento Prestazioni e Risultati attesi

4 Scienza con EUSO Studio dei processi ad altissime energie presenti ed accessibili nell Universo attraverso la rivelazione ed analisi della componente di estrema energia della Radiazione Cosmica (EECRs con E p > 5x10 19 ev, energia convenzionale GZK ). Aprire la strada alla Neutrino-Astronomia per sondare i confini estremi dell Universo e studiare la natura e distribuzione delle sorgenti EEν. Flusso degli UHECR misurato da HiRes-I e HiRes-II [Abu- Zayyad et al., 2002], e dall esperimento AGASA. [Takeda et al., 2002]. EUSO : Extreme Universe Space Observatory 4

Aprire la strada alla Neutrino-Astronomia per sondare i confini estremi dell Universo e studiare la natura e distribuzione delle sorgenti EEν.

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13 Il Consorzio Internazionale EUSO : Extreme Universe Space Observatory 13

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37 Obiettivi Scientifici EUSO Instrument EUSO : Extreme Universe Space Observatory Estensione delle misure dello spettro dei EECRs oltre l energia di ev fino a energie > ev. Confronto, nella regione dello GZK, con le osservazioni dell esperimento Pierre Auger e caratterizzazione della forma spettrale in questa regione. Mappa dettagliata della distribuzione d arrivo dei EECR estesa a tutto il cielo (emisfero nord e sud). Possibile localizzazione ed identificazione di sorgenti compatte. Studio della composizione degli EECRs primari (E> ev). Ricerca di Neutrini di altissime energie inclusi neutrini tau. Osservazione sistematica dell atmosfera (nuvole ed aerosol). Osservazioni di fenomeni lenti nell atmosfera (meteore, scariche elettriche, ). 37

38 AUGER Observatory Obiettivi Scientifici EUSO EUSO : Extreme Universe Space Observatory 38

39 Lo Strumento: Approccio Osservativo STEP 1 Una particella penetra nell atmosfera terrestre e crea uno sciame di particelle secondario. La luce di fluorescenza UV( nm), prodotta lungo la traiettoria della particella, viene rivelata dal telescopio EUSO STEP 2 Un fascio altamente collimato di fotoni Cherenkov sono contemporaneamente prodotti nella direzione dello sciame. Nel punto d impatto con la superficie terrestre, la componente riflessa/diffusa UV del Cherenkov viene rivelata tonnelate di aria EUSO : Extreme Universe Space Observatory STEP 3 Istantaneamente viene effettuata una sequenza di immagini IR del campo di vista. STEP 4 Un LIDAR scandaglia la parte d atmosfera lungo la direzione dello sciame. 39

40 Lo Strumento Baffle Lid LIDAR Passive MCAS (P/L element) PDGF (P/L element) Lid Fresnel lenses LIDAR PDGF (EUSO P/L element) Focal Surface Module Shell Trunnions Focal Surface Baffle Aperture Stop Trunnions Radiators Trunnions Radiator Passive MCAS (EUSO P/L element) Focal Module Cover EUSO : Extreme Universe Space Observatory 40

41 Lo Strumento: L Ottica di Fresnel Requisiti dell Ottica 11:26:05 Campo di vista ± 30 Diametro della pupilla d entrata 1.9 m F/# 1.15 Dimensione geometrica spot ~ 0.1 Intervallo spettrale nm FIELD POSITION 0.00, ,30.00 DG Configurazione a doppia lente di Fresnel MM 0.00, ,25.00 DG Immagine da un prototipo (plano-convex) Fresnel di 1 m di diametro. La griglia è 1.5 mm di lato 0.00, ,20.00 DG 0.00, ,10.00 DG 0.00, ,0.000 DG 7: EUSO : Extreme Universe Space Observatory Lente di Fresnel di 1.5 m di diametro. DEFOCUSING MM 3.000

42 Struttura di supporto Lo Strumento: La Superficie Focale Requisiti Superficie Focale Struttura di supporto compatibile con i sensori (carichi statici e dinamici). Moduli Photo-Detector fattore di copertura.9 Photo-Detector Sensibilità al singolo foto-elettrone nell intervallo nm risposta veloce (< 10 ns) Risoluzione spaziale di ~ 4 mm Basso rumore, cross-talk e after-pulse limitato Buona ed uniforme efficienza di rivelazione EUSO-FS: macro-cell/module design Macrocella R8900 M36 Superficie Focale assemblata EUSO : Extreme Universe Space Observatory Microcella 42 42

43 Lo Strumento: L elettronica di Sistema EUSO : Extreme Universe Space Observatory ELETTRONICA DI CONTROLLO & TRIGGER DI SISTEMA ASIC FRONT_END ANALOGICO/DIGITALE ASIC ASIC ASIC N=N+1 N=N+1 N=N+1 N=N+1 Analog memory N_thr N_thr N_thr Pixel-level Digital Threshold Pixel-level Digital Threshold Pixel-level Digital Threshold PIXEL 43 MC_TRIG Impulsi dai pixels ELETTRONICA DIGITALE A LIVELLO DI MACROCELLA Alla Mem TCU A/DC Analog Analog Threshold Analog Threshold Threshold Dalle altre MCs SYSTEM TRIGGER fotone UV Compare Compare Compare Compare Enable Enable Enable Enable SAVE_FRAME ASIC M=M+1 N_thr M_thr Pixel-level Digital Thr MC-level Digital Thrsh MC Analog Thr PMT X & Y + PH_CNT RING MEMORIES K A Compare Y X X & Y dai pixels StopAcquisition

44 Lo Strumento: Il LIDAR Requisiti LIDAR Copertura del campo di vista di EUSO Rivelazione della presenza di nuvole opache e determinazione dell altezza lungo la direzione dello sciame osservato con 200 m di risoluzione. Rivelazione della presenza di subvisible cloud con una risoluzione di 200 m in altezza e un accuratezza del 20% nella determinazione della trasmissione del segnale Determinazione dell optical depth, in assenza di nuvole opache con un accuratezza del 30%, risoluzione in altezza di 200 m e risoluzione spaziale equivalente a 2 in risoluzione angolare. Simulationi EUSO Lidar. Tempo d integrazione: 5s; Opaque cloud SR = 7993 at 1064nm at 4km; Subvisible cloud SR = 1585 at 1064nm at 10km; Opaque and subvisible cloud, 5s integration time, 1064nm SR Signal SNR 1 EUSO : Extreme Universe Space Observatory altitude, m (asl) 44 44

45 Lo Strumento: Contributo Italiano Progettazione meccanica ed elettrica della microcella. Elettronica di front-end. Elettronica di read-out Elettronica di trigger Calibrazione in volo LIDAR Simulazione, realizzazione e test dei prototipi funzionali Inoltre: Esperimenti di supporto (voli in pallone per la misura del background (BABY), misura della yield di fluorescenza in laboratorio (ONLY), misura del Cherenkov riflesso/diffuso (ULTRA) EUSO : Extreme Universe Space Observatory 45 45

46 Prestazioni e Risultati attesi: 1 O.S. Un totale di 23 eventi con E>10 20 ev negli ultimi 40 anni con esperimenti da terra EUSO : Extreme Universe Space Observatory In 3 anni di operazione > 3000 eventi con E>10 20 ev per EUSO (No GZK) > 350 eventi con GZK 46

47 Prestazioni e Risultati attesi: 2 O.S. Spettro d energia atteso (GZK) da sorgenti extragalattiche se distribuite uniformemente o da sorgenti a 64 e 16 Mpc di distanza, confrontato con i risultati sperimentali ad oggi. EUSO in tre anni di operazione >6000 eventi ad E < ev. EUSO : Extreme Universe Space Observatory 47

48 Prestazioni e Risultati attesi: 3 O.S. Risoluzione angolare in funzione della direzione d arrivo dell evento Valore medio (raggio del cerchio) della risoluzione angolare rispetto all energia e direzione d arrivo dell evento Direzione d arrivo di 59 eventi > 4 x10 19 ev Osservati da AGASA EUSO : Extreme Universe Space Observatory P. Blasi e D. De Marco Astro-ph V1 48

49 Prestazioni e Risultati attesi: 4 O.S. Composizione: Dalle simulazioni si ottiene una precisione di X max < ±50 g/cm 2 ( analisi preliminare). Questa precisione non è sufficiente per discriminare la natura dei primari evento per evento, ma su base statistica, è forse sufficiente per separare i primari pesanti dai leggeri. Work in progress EUSO : Extreme Universe Space Observatory 49

50 Prestazioni e Risultati attesi: 5 O.S. Neutrino error box è limitato solamente dalla risoluzione angolare di EUSO ν Proton error box è dominato dal campo magnetico intergalattico. <B> = 1 ngauss <d> = 30 Mpc 2 2 protone (E=10 20 ev) EUSO FOV ISS EUSO : Extreme Universe Space Observatory 50 50

51 Prestazioni e Risultati attesi: 5 O.S. EUSO, con un campo di vista di 60 o e da un altezza di 430 km, ha a disposizione una massa M g. Questa caratteristica offre una opportunità unica per la rivelazione di neutrini cosmici di alta energia. EUSO : Extreme Universe Space Observatory 51

52 Prestazioni e Risultati attesi: 6 O.S. Le meteore rappresentano per EUSO una osservabile distinta dai Raggi Cosmici. Expected Meteor observational sensitivity for EUSO EUSO : Extreme Universe Space Observatory 52

53 Schedula temporale EUSO : Extreme Universe Space Observatory 53

54 Schedula temporale EUSO : Extreme Universe Space Observatory 54

55 EUSO-ITALIA ed INAF La Collaborazione EUSO si avvale del supporto di vari Enti che forniscono risorse umane, strutture, servizi e logistica, in particolare Università, IASF/CNR, INFN ed INAF. È prevedibile, nel corso del progetto, il ricorso a risorse umane aggiuntive, in numero limitato rispetto alle risorse umane già disponibili, sia per compiti specifici a tempo determinato che per avvalersi di specifiche e particolari competenze non altrimenti disponibili. EUSO : Extreme Universe Space Observatory 55

56 EUSO 2010 EUSO : Extreme Universe Space Observatory 56

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