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Un telescopio Cherenkov detecta rayos gamma de muy alta energía en el rango de 50 GeV a 50 TeV desde la superficie terrestre. En la actualidad hay cuatro grandes telescopios Cherenkov en operación, CANGAROO-III, MAGIC, HESS y VERITAS.

Debido a la rapidez con la que disminuye el flujo de rayos gamma de fuentes cósmicas a altas energías, los detectores espaciales resultan ineficientes porque están limitados en su área de colección a unos centenares de centímetros cuadrados. En el caso de los telescopios Cherenkov, la atmósfera de nuestro planeta se utiliza como medio de detección y el área de colección alcanza muchos miles de metros cuadrados. Esto permite a los telescopios Cherenkov detectar rayos gamma en un rango de energías inaccesible para los instrumentos espaciales.

El telescopio Cherenkov registra la imagen del breve destello de radiación de Cherenkov que produce una Cascada Atmosférica Extensa generada a su vez por el rayo gamma de alta energía. Esta cascada de partículas se inicia a una altura de 10-20 km. El rayo gamma inicial produce un par electrón-positrón cerca de una molécula del aire. El electrón y positrón tienen una energía muy alta y producen más rayos gamma por Bremsstrahlung o "radiación de frenado". Se producen más pares electrón-positrón que a su vez emiten por Bremsstrahlung etc, con el resultado final de una cascada atmosférica extensa. Las partículas de la cascada, debido a su elevada energía, producen un destello de radiación de Cherenkov que dura entre 5 y 20 ns. El área total iluminada por el destello es de miles de metros cuadrados, razón por la cual el área efectiva de los telescopios Cherenkov es tan grande.

El telescopio está formado por un gran espejo segmentado que enfoca la radiación de Cherenkov en una matriz de tubos fotomultiplicadores. Los fotomultiplicadores están acoplados a electrónica rápida que amplifica, digitaliza y almacena la imagen de la cascada. La colaboración Whipple fue pionera en los telescopios Cherenkov y descubrió la emisión de la Nebulosa del Cangrejo a energías del TeV en 1989. El telescopio Whipple también descubrió la primera fuente extragaláctica de rayos gamma de alta energía, la galaxia activa Markarian 421. La colaboración HEGRA construyó el primer sistema de varios telescopios usando la llamada técnica estereoscópica en la isla de La Palma, sistema que fue superado después por HESS en Namibia. El mayor telescopio Cherenkov del mundo es el telescopio MAGIC con un espejo de 17 m de diámetro y también localizado en La Palma.

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