Monte Carlo studies for the optimisation of the Cherenkov Telescope Array layout

A. Acharyya , I. Agudo , E.O. Angüner (1) , R. Alfaro , J. Alfaro , C. Alispach , R. Aloisio , R. Alves Batista , J.-P. Amans (2) , L. Amati , E. Amato , G. Ambrosi , L.A. Antonelli , C. Aramo , T. Armstrong , F. Arqueros , L. Arrabito (3) , K. Asano , H. Ashkar (4) , C. Balazs , M. Balbo , B. Balmaverde , P. Barai , A. Barbano , M. Barkov , U. Barres de Almeida , J.A. Barrio , D. Bastieri , J. Becerra González , J. Becker Tjus , L. Bellizzi , W. Benbow , E. Bernardini , M.I. Bernardos , K. Bernlöhr , A. Berti , M. Berton , B. Bertucci , V. Beshley , B. Biasuzzi (5) , C. Bigongiari , R. Bird , E. Bissaldi , J. Biteau (5) , O. Blanch , J. Blazek , C. Boisson (6) , G. Bonanno , A. Bonardi , C. Bonavolontá , G. Bonnoli , P. Bordas , M. Böttcher , J. Bregeon (3) , A. Brill , A.M. Brown , K. Brügge , P. Brun (3) , P. Bruno , A. Bulgarelli , T. Bulik , M. Burton , A. Burtovoi , G. Busetto , R. Cameron , R. Canestrari , M. Capalbi , A. Caproni , R. Capuzzo-Dolcetta , P. Caraveo , S. Caroff (7) , R. Carosi , S. Casanova , E. Cascone , F. Cassol (1) , F. Catalani , O. Catalano , D. Cauz , M. Cerruti , S. Chaty (4) , A. Chen , M. Chernyakova , G. Chiaro , M. Cieślar , S.M. Colak , V. Conforti , E. Congiu , J.L. Contreras , J. Cortina , A. Costa , H. Costantini (1) , G. Cotter , P. Cristofari , P. Cumani , G. Cusumano , A. d'Aí , F. d'Ammando , L. Dangeon (2) , P. da Vela , F. Dazzi , A. de Angelis , V. de Caprio , R. de Cássia dos Anjos , F. de Frondat (2) , E.M. de Gouveia Dal Pino , B. de Lotto , D. de Martino , M. de Naurois (8) , E. de Oña Wilhelmi (8) , F. de Palma , V. de Souza , M. del Santo , C. Delgado , D. Della Volpe , T. Di Girolamo , F. Di Pierro , L. Di Venere , C. Díaz , S. Diebold , A. Djannati-Ataï (9) , A. Dmytriiev (6) , D. Dominis Prester , A. Donini , D. Dorner , M. Doro , J.-L. Dournaux (2) , J. Ebr , T.R.N. Ekoume , D. Elsässer , G. Emery (7) , D. Falceta-Goncalves , E. Fedorova , S. Fegan (8) , Q. Feng , G. Ferrand , E. Fiandrini , A. Fiasson (10) , M. Filipovic , V. Fioretti , M. Fiori , S. Flis , M.V. Fonseca , G. Fontaine (8) , L. Freixas Coromina , S. Fukami , Y. Fukui , S. Funk , M. Füssling , D. Gaggero , G. Galanti , R.J. Garcia López , M. Garczarczyk , D. Gascon , T. Gasparetto , M. Gaug , A. Ghalumyan , F. Gianotti , G. Giavitto , N. Giglietto , F. Giordano , M. Giroletti , J. Gironnet (6) , J.-F. Glicenstein (11) , R. Gnatyk , P. Goldoni (9) , J.M. González , M.M. González , K.N. Gourgouliatos , T. Grabarczyk , J. Granot , D. Green , T. Greenshaw , M.-H. Grondin (12) , O. Gueta , D. Hadasch , T. Hassan , M. Hayashida , M. Heller , O. Hervet , J. Hinton , N. Hiroshima , B. Hnatyk , W. Hofmann , P. Horvath , M. Hrabovsky , D. Hrupec , T.B. Humensky , M. Hütten , T. Inada , F. Iocco , M. Ionica , M. Iori , Y. Iwamura , M. Jamrozy , P. Janecek , D. Jankowsky , P. Jean (13) , L. Jouvin , J. Jurysek , P. Kaaret , L.H.S. Kadowaki , S. Karkar (7) , D. Kerszberg , B. Khélifi (9) , D. Kieda , S. Kimeswenger , W. Kluźniak , J. Knapp , J. Knödlseder (13) , Y. Kobayashi , B. Koch , J. Kocot , N. Komin , A. Kong , G. Kowal , M. Krause , H. Kubo , J. Kushida , P. Kushwaha , V. La Parola , G. La Rosa , M. Lallena Arquillo , R.G. Lang , J. Lapington , O. Le Blanc (6) , J. Lefaucheur (4) , M.A. Leigui de Oliveira , M. Lemoine-Goumard (12) , J.-P. Lenain (7) , G. Leto , R. Lico , E. Lindfors , T. Lohse , S. Lombardi , F. Longo , A. Lopez , M. López , A. Lopez-Oramas , R. López-Coto , S. Loporchio , P.L. Luque-Escamilla , E. Lyard , M.C. Maccarone , E. Mach , C. Maggio , P. Majumdar , G. Malaguti , M. Mallamaci , D. Mandat , G. Maneva , M. Manganaro , S. Mangano , M. Marculewicz , M. Mariotti , J. Martí , M. Martínez , G. Martínez , H. Martínez-Huerta , S. Masuda , N. Maxted , D. Mazin , J.-L. Meunier (7) , M. Meyer , S. Micanovic , R. Millul , I.A. Minaya , A. Mitchell , T. Mizuno , R. Moderski , L. Mohrmann , T. Montaruli , A. Moralejo , D. Morcuende , G. Morlino , A. Morselli , E. Moulin (11) , R. Mukherjee , P. Munar , C. Mundell , T. Murach , A. Nagai , T. Nagayoshi , T. Naito , T. Nakamori , R. Nemmen , J. Niemiec , D. Nieto , M. Nievas Rosillo , M. Nikołajuk , D. Ninci , K. Nishijima , K. Noda , D. Nosek , M. Nöthe , S. Nozaki , M. Ohishi , Y. Ohtani , A. Okumura , R.A. Ong , M. Orienti , R. Orito , M. Ostrowski , N. Otte , Z. Ou (5) , I. Oya , A. Pagliaro , M. Palatiello , M. Palatka , R. Paoletti , J.M. Paredes , G. Pareschi , N. Parmiggiani , R.D. Parsons , B. Patricelli , A. Pe'Er , M. Pech , P. Peñil del Campo , J. Pérez-Romero , M. Perri , M. Persic , P.-O. Petrucci (14) , O. Petruk , K. Pfrang , Q. Piel (10) , E. Pietropaolo , M. Pohl , M. Polo , J. Poutanen , E. Prandini , N. Produit , H. Prokoph , M. Prouza , H. Przybilski , G. Pühlhofer , M. Punch (9) , F. Queiroz , A. Quirrenbach , S. Rainò , R. Rando , S. Razzaque , O. Reimer , N. Renault-Tinacci (6) , Y. Renier , D. Ribeiro , M. Ribó , J. Rico , F. Rieger , V. Rizi , G. Rodriguez Fernandez , J.C. Rodriguez-Ramirez , J.J. Rodrí-Guez Vázquez , P. Romano , G. Romeo , M. Roncadelli , J. Rosado , G. Rowell , B. Rudak , A. Rugliancich , C. Rulten , I. Sadeh , L. Saha , T. Saito , S. Sakurai , F. Salesa Greus , P. Sangiorgi , H. Sano , M. Santander , A. Santangelo , R. Santos-Lima , A. Sanuy , K. Satalecka , F.G. Saturni , U. Sawangwit , S. Schlenstedt , P. Schovanek , F. Schussler (11) , U. Schwanke , E. Sciacca , S. Scuderi , K. Sedlaczek , M. Seglar-Arroyo (11) , O. Sergijenko , K. Seweryn , A. Shalchi , R.C. Shellard , H. Siejkowski , A. Sillanpää , A. Sinha (9) , G. Sironi , V. Sliusar , A. Slowikowska , H. Sol (6) , A. Specovius , S. Spencer , G. Spengler , A. Stamerra , S. Stanič , Ł. Stawarz , S. Stefanik , T. Stolarczyk (4) , U. Straumann , T. Suomijarvi (5) , P. Świerk , T. Szepieniec , G. Tagliaferri , H. Tajima , T. Tam , F. Tavecchio , L. Taylor , L.A. Tejedor , P. Temnikov , T. Terzic , V. Testa , L. Tibaldo (13) , C.J. Todero Peixoto , F. Tokanai , L. Tomankova , D. Tonev , D.F. Torres , G. Tosti , L. Tosti , N. Tothill , F. Toussenel (7) , G. Tovmassian , P. Travnicek , C. Trichard (8) , G. Umana , V. Vagelli , M. Valentino , B. Vallage (11) , P. Vallania , L. Valore , J. Vandenbroucke , G.S. Varner , George Vasileiadis (3) , V. Vassiliev , M. Vázquez Acosta , M. Vecchi , S. Vercellone , S. Vergani (2) , G.P. Vettolani , A. Viana , C.F. Vigorito , J. Vink , V. Vitale , H. Voelk , A. Vollhardt , S. Vorobiov , S.J. Wagner , R. Walter , Felix Werner , R. White , A. Wierzcholska , M. Will , D.A. Williams , R. Wischnewski , L. Yang , T. Yoshida , T. Yoshikoshi , M. Zacharias , L. Zampieri , M. Zavrtanik , D. Zavrtanik , A.A. Zdziarski , A. Zech (6) , H. Zechlin , A. Zenin , V.I. Zhdanov , S. Zimmer , J. Zorn

1 CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille
2 GEPI - Galaxies, Etoiles, Physique, Instrumentation
3 LUPM - Laboratoire Univers et Particules de Montpellier
4 AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112) - Astrophysique Interprétation Modélisation
5 IPNO - Institut de Physique Nucléaire d'Orsay
6 LUTH (UMR_8102) - Laboratoire Univers et Théories
7 LPNHE (UMR_7585) - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
8 LLR - Laboratoire Leprince-Ringuet
9 APC (UMR_7164) - AstroParticule et Cosmologie
10 LAPP - Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules
11 IRFU - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
12 CENBG - Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan
13 IRAP - Institut de recherche en astrophysique et planétologie
14 IPAG - Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble

The Cherenkov Telescope Array (CTA) is the major next-generation observatory for ground-based very-high-energy gamma-ray astronomy. It will improve the sensitivity of current ground-based instruments by a factor of five to twenty, depending on the energy, greatly improving both their angular and energy resolutions over four decades in energy (from 20 GeV to 300 TeV). This achievement will be possible by using tens of imaging Cherenkov telescopes of three successive sizes. They will be arranged into two arrays, one per hemisphere, located on the La Palma island (Spain) and in Paranal (Chile). We present here the optimised and final telescope arrays for both CTA sites, as well as their foreseen performance, resulting from the analysis of three different large-scale Monte Carlo productions.

Mots clés: Monte Carlo simulations; Cherenkov telescopes; IACT technique; Gamma rays; Cosmic rays; Cherenkov counter: imaging; gamma ray: VHE; Cherenkov Telescope Array; Monte Carlo; energy dependence; energy resolution; observatory; sensitivity; performance; site

Domaines: Instrumentations et Détecteurs [physics.ins-det]

A. Acharyya, I. Agudo, E.O. Angüner, R. Alfaro, J. Alfaro, et al.. Monte Carlo studies for the optimisation of the Cherenkov Telescope Array layout. Astropart.Phys., 2019, 111, pp.35-53. ⟨10.1016/j.astropartphys.2019.04.001⟩. ⟨hal-02116580⟩