Medio de negentiende eeuw waren wetenschappers enorm gefascineerd door de eigenschappen van de chemische elementen. In 1868 publiceerde de Russische chemicus Dmitri Mendelejev (1834-1907) het periodiek systeem van de elementen dat hij baseerde op het kaartspel patience. In 1895 ontdekte de Duitse natuurkundige Wilhelm Röntgen (1845-1923) de X-straling en werd daarmee de vader van de diagnostische radiologie.
Eén jaar later ontdekte de Franse fysicus Henri Becquerel (1852-1908) bij toeval de radioactiviteit wanneer uraniumzout sporen naliet op een fotografische plaat. In 1900 gaf radioactiviteit-onderzoek aanleiding tot de ontdekking van Alpha en Beta straling door de Britse fysicus Ernest Rutherford (1871-1937) en Gammastraling door de Franse chemicus Paul Villard (1860-1934). Aan het begin van de twintigste eeuw waren de grenzen van het elektromagnetisch spectrum bekend vanaf laag-frekwentie radiostraling tot hoog-frekwentie gammastraling. Bovendien begon de Oostenrijkse natuurkundige Victor Hess (1883-1964), door middel van ballon vluchten, onderzoek naar kosmische straling. In 1912 stelde hij vast dat kosmische straling vanuit alle richtingen de Aardse atmosfeer binnendringt.
De term “kosmische straling” werd bedacht door de Amerikaanse fysicus Robert Andrew Millikan (1868-1953). Protonen maken ongeveer 89% van deze kosmische straling uit, de rest zijn alpha deeltjes (10% waterstof nuclei) en elektronen (1%). Gamma-straling heeft frekwenties lager dan 0,1 Angström en is de meest energierijke vorm van elektromagnetische straling. Het bestuderen van kosmische straling leidde tot de ontdekking van het muon in 1936 en het pion in 1947 (Hideki Yukawa). In 1958 krijgt de Russische natuurkundige Pavel Cherenkov de Nobelprijs voor de ontdekking en beschrijving van het Cherenkov effect. Deze straling ontstaat door de interactie van hoogenergetische deeltjes met de atmosfeer waarbij coherente fotonen sneller dan het licht een ultraviolette lichtflits afgeven. Aangezien Gammastraling door de aardse atmosfeer wordt tegengehouden, bood het Cherenkov effect een mogelijkheid ter studie van hoog energetische processen voor gewone sterrenwachten.
In 1961 deed de Explorer XI satelliet de eerte observatie van gammastraling en in 1967 detecteerden de 12 militaire Vela satellieten diverse Gamma Ray Bursts (GRB = gammaflitsen) maar deze informatie werd pas in 1973 vrijgegeven. In 1972 en 1975 brachten respectievelijk de SAS-2 en COS-B satelliet de Gammastraling in kaart voor de Melkweg. Het duurt echter tot 1996 en de BeppoSAX satelliet om gammaflitsen te karakteriseren als verafgelegen hyper- en supernova explosies. Deze ontdekking gaf aanleiding tot een reeks satellieten, waaronder INTEGRAL (2002) en Swift (2004), die bij gammaflits detecties aardse sterrenwachten onmiddellijk alarmeerden om de achtergelaten gloed te bestuderen in zichtbaar licht, infrarood of radiostraling.
op hun 2 200 m hoge locatie op La Palma - Foto: Philip Corneille
Het potentieel om Cherenkov telescopen voor Gammastraling sterrenkunde te gebruiken werd geopperd door Guiseppe Cocconi (1914-2008) in 1959. In 1989 detecteerden de 8 m & 10 m Fred Whipple reflectors voor de eerste keer hoge energie straling afkomstig van de pulsar in de Krab nevel (Messier 1 in sterrenbeeld Stier). Sindsdien ontstond er een categorie van Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes (IACT) telescopen die expliciet speuren naar Cherenkov straling in de atmosfeer. De diameter van deze telescopen bepaalt het te observeren energie-bereik en betreft fotonen met een energie tussen de 50 GeV en 50 TeV. Dit sluit mooi aan bij het energiebereik van de satellieten (tussen 30 MeV en 100 GeV) en de observatoria combineren meestal stereoscopische spiegel telescopen met deeltjes detectoren op de begane grond.
Terzelfdertijd begon het Max Planck instituut voor Kernfysica, in samenwerking met het Armeense Yerevan instituut, aan de uitbouw van de High Energy Gamma Ray Astronomy (HEGRA) matrix die een oppervlakte van 40 000 vierkante meter innam op het Roque de los Muchachos observatorium (ORM) van het Canarische eiland La Palma. In 1992 werd de eerste Cherenkov reflector aan HEGRA toegevoegd. Deze telescoop bestond uit 18 ronde spiegelsegmenten met een totaal oppervlakte van 5 vierkante meter op montering. Het eigenlijke duo van HEGRA telescopen bestond uit 30 spiegelsegmenten op alt-azimutale montering. Naast de reflectors bestond HEGRA nog uit de Cherenkov Light Ultraviolet Experiment en een Cosmic Ray Tracking detector. De operaties van de HEGRA matrix werden in september 2002 beëindigd teneinde het personeel in te zetten voor het nieuwe MAGIC project. Het MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) project voorzag de bouw van twee telescopen op dezelfde 2 200 m hoog gelegen ORM locatie. MAGIC is een samenwerking tussen 15 instellingen waaronder , het Duitse Max-Planck instituut voor fysica, de Spaanse universiteiten Madrid-Barcelona, de Italiaanse universiteiten Padua-Sienna-Udine, het Finse Tuorla observatorium, het Kroatische Ruder Boskovic Instituut en het ASPERA netwerk voor astrodeeltjesfysica. Het bouwen van MAGIC-I begon in augustus 2001 en de 17 m diameter cherenkov telescoop werd op 10 oktober 2003 ingehuldigd. De telescoop bestaat uit een mozaïek van aluminium spiegelsegmenten die gedragen worden door een lichtgewicht koolstof vezel frame met alt-azimutale montering. Het collimeren gebeurt met een ingenieus system van LASER-stralen om elk van de 240 spiegelpanelen (956 spiegelsegmentjes vormen een oppervlakte van 242 vierkante m) precies te positioneren. MAGIC-I was op tijd klaar om de observaties van de Swift gammaflits satelliet (november 2004) op te volgen. Het aandrijvingsysteem van de montering liet toe om de 17 m Cherenkov telescoop binnen de 40 seconden op een Swift GRB-detectie te richten teneinde de observaties op te volgen.
De bouw van MAGIC-II werd in 2005 aangevat en de telescoop werd op 25 april 2009 officieel ingehuldigd. Dit is een verbeterde versie met een totaal oppervlakte van 247 vierkante meter. Beide telescopen staan 85 meter uit elkaar, hetgeen observaties in stereoscopische modus toelaat zodat een driedimensionaal beeld van de Cherenkov straling kan worden opgebouwd. Voor beide telescopen bestaat de detector uit een mozaïek camera opgebouwd met 576 Photo Multiplier Tubes (elektronenbuizen) die een 3,5 graden gezichtsveld bieden.
Het MAGIC project zorgde reeds voor enkele belangrijke resultaten in de hoge energie astrofysica zoals de detectie van de quasar 3C279 “uitbarsting” in 2007. Een quasar Actieve Galactische Nucleus (AGN). Hiermee werd aangetoond dat het heelal meer transparant is voor hoge energie fotonen dan eerder gedacht. De telescopen worden tevens ingezet voor een gedetailleerde studie van de Krab nevel in het 60~400 GeV energiebereik. Het MAGIC duo volgt momenteel de observaties op van ondermeer de AGILE satelliet (april 2007) en de Fermi Gamma-ray ruimte telescoop (juni 2008). Naast het MAGIC project zijn er nog een drietal Cherenkov Telescope Arrays (CTA) operationeel: 10 m CANGAROO-III in Woomera – Australië (2004), 12 m VERITAS in Arizona – VSA (2007) en de 13 m HESS op de Khomas hoogvlakte in Namibië (2004). Sinds november 2011 werd deze laatste uitgebreid met de HESS-II, een 30 m reflector en, met een oppervlakte van 600 vierkante meter, de grootste Cherenkov telescoop ter wereld! First Cherenkov Light wordt tegen de zomer van 2012 verwacht. Astronomen hebben reeds plannen voor grotere Cherenkov telescopen met een totaal oppervlakte van 1000 vierkante meter, die mits budgettering wellicht op ORM – La Palma komt te staan. Ongetwijfeld een realisatie om naar uit te kijken in de fascinerende wereld van de hoge energie astrofysica.
