Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной

При более высоких энергиях начинают применяться другие методы. Гамма-квант высокой энергии, провзаимодействовав со слоем фольги (например, вольфрамовой), порождает электрон-позитронную пару. Дальнейшая регистрация основана на отслеживании трека этих частиц и измерении их энергии. Например, в детекторе LAT на борту космической обсерватории Fermi электроны и позитроны проходят через слои кремния, что позволяет определить направление исходного фотона, а затем поглощаются кристаллом CsI, что дает возможность измерить энергию фотона. Угловое разрешение таких приборов сильно зависит от энергии фотона; в случае LAT для фотонов с энергией 100 ГэВ угловое разрешение может достигать 0,04 градуса, а на энергиях 100 МэВ оно составляет лишь 3 градуса.

Гамма-излучение можно регистрировать напрямую с помощью приборов на борту космических аппаратов.

В различных экспериментах использовались и другие типы детекторов. Они определяются не только рабочей энергией, но и массой аппарата, стоимостью, энергопотреблением и другими факторами. В будущем на спутниках планируют устанавливать время-проекционные камеры (проекты AdEPT, HARPO). Такие приборы используют в ускорительных экспериментах, таких как ALICE на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН.

Наземные установки регистрируют атмосферное черенковское излучение или вторичные частицы, порожденные гамма-квантами.

Фотоны с энергией порядка тераэлектронвольт регистрируются с помощью наземных установок. Попадая в земную атмосферу, фотон высокой энергии порождает поток вторичных частиц, в частности электронов и позитронов. Они, в свою очередь, двигаясь со скоростью, превышающей скорость света в воздухе, испускают черенковское излучение в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах. Именно оно и регистрируется телескопами.

Для регистрации оптических вспышек используют специализированные телескопы-рефлекторы и их системы с зеркалами (обычно сегментированными) размерами около 10 м. Поскольку для таких наблюдений не нужно высокое угловое разрешение и хорошее качество изображения, эти телескопы устроены гораздо проще аналогичных установок для оптической астрономии (соответственно, при том же диаметре зеркала они намного дешевле). Примерами подобных наземных крупных установок для гамма-астрономии являются MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescopes, Большой атмосферный черенковский гамма-телескоп, Канарские острова), H. E. S. S. (High Energy Stereoscopic System, Стереоскопическая система для регистрации [частиц] высоких энергий, Намибия) и VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System, Массив телескопов для регистрации радиации очень высоких энергий, Аризона, США).

Наземные гамма-телескопы позволяют достигать хорошего (по меркам астрономии высоких энергий) углового разрешения в доли градуса. Однако для регистрации астрономических источников необходимо длительное время наблюдений. При малом поле зрения (около 5 градусов) и возможности проводить полноценные наблюдения лишь в очень темные безлунные ночи (около 10 % времени) для обзорных наблюдений требуется очень много времени. Тем не менее за несколько лет обзор галактической плоскости с помощью телескопа H. E. S. S. позволил обнаружить десятки источников: в первую очередь пульсарные туманности, остатки сверхновых и двойные системы (несколько десятков источников еще остаются неидентифицированными).

Однако наблюдать фотоны самых высоких энергий (десятки тераэлектронвольт и выше) оказывается затруднительно (их просто крайне мало). Так, например, за 24 часа чистого времени наблюдений Крабовидной туманности (яркого источника!) установка H. E. S. S. регистрирует лишь несколько фотонов с энергиями выше 30 ТэВ. Поэтому для ультравысоких энергий пытаются применять другую методику наблюдения атмосферного черенковского излучения. Этот способ не позволяет напрямую получать изображения, однако с помощью обработки сигнала можно определить направление на источник. Метод состоит в том, что на большой площади (десятки или в будущем даже сотни квадратных километров) размещаются чувствительные фотоумножители, регистрирующие атмосферное черенковское излучение. Именно так работает, например, установка «Тунка-HiSCORE» (Hundred Square-km Cosmic ORigin Explorer, Прибор для исследования частиц космического происхождения площадью в сто квадратных километров), расположенная в Тункинской долине вблизи озера Байкал.

Известно более сотни источников на энергиях выше 1 ТэВ.