Telescopul spațial cu raze gamma Fermi

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Telescop spațial Fermi pentru raze gamma
Emblema misiunii
Logo-ul principal de retenție HI.jpg
Imaginea vehiculului
Prima jumătate a carenajului pentru sarcina utilă este instalată în jurul GLAST.jpg
Date despre misiune
Operator NASA și Departamentul de Energie al Statelor Unite
ID NSSDC 2008-029A
SCN 33053
Numele vehiculului Delta II
Vector Delta II
Lansa 11 iunie 2008 la 18:05 CET
Locul lansării Centrul spațial Kennedy
Durată Minimum 5 ani
Proprietatea navei spațiale
Greutate la lansare 4 303 kg
Constructor Dinamica generală
Parametrii orbitali
Orbită orbită terestră joasă
Perioadă 96,5 min
Înclinare 25,6 °
Excentricitate 0,001282
Axa semi-majoră 69 129 km
Site-ul oficial

Telescopul spațial Razele gamma Fermi (în engleză Fermi Gamma-ray Large Area Space Telescope prescurtat GLAST), este un telescop de spațiu cu suprafață mare pentru detectarea razelor gamma , obiectul unui experiment aprobat în 2001 de NASA la care colaborează agențiile spațiale din Italia , Franța , Japonia și Suedia . Conceput pentru studiul radiației electromagnetice emise de corpurile cerești în intervalul de energie cuprins între 8 k eV și 300 GeV (raze gamma), observatorul include două instrumente științifice:

  • Telescopul cu suprafață mare (abre. LAT), sensibil la radiațiile gamma între 20 MeV și 300 GeV;
  • detectorul de raze gamma (Gamma-Ray Burst Monitor, abr. GBM), pentru studiul fenomenelor tranzitorii la energii relativ mai mici (între 8 keV și 40 MeV), format din douăsprezece detectoare de iodură de sodiu sensibile la razele gamma de energie până la aproximativ un MeV și de la doi detectori de germanat de bismut capabili să detecteze explozii de raze gamma de energie mai mari de aproximativ 150 keV.

Lansarea telescopului a avut loc la 11 iunie 2008 la 18:05 CET cu un vector Delta II de la Kennedy Space Center [1] . La 26 august 2008 , NASA a redenumit observatorul „Telescopul spațial cu raze gamma Fermi”, în onoarea lui Enrico Fermi . [2]

Senior 2014 Review al NASA a propus extinderea Fermi până în 2018 , cu o revizuire intermediară în 2016 . Telescopul a funcționat continuu timp de zece ani, riscând o coliziune în 2012 cu un satelit rus dezafectat [3] și suferind o scurtă defecțiune hardware în martie 2018. [4]

Telescop cu suprafață mare

Spre deosebire de lumina vizibilă , fotonii cu energie foarte mare (sau razele gamma) interacționează cu materia în principal prin procesul de producere a perechilor electron-pozitroni. Această diferență fundamentală se reflectă în principiul de funcționare din spatele Telescopului cu suprafață mare, care, de fapt, seamănă mai mult cu echipamentul experimental pentru fizica cu energie ridicată utilizat de acceleratorii de particule mari (cum ar fi colizorul mare de hadroni ) decât cu un telescop propriu-zis. Totuși, la fel ca un telescop, a fost conceput pentru a studia sursele cerești, deși la o lungime de undă diferită. [5]

Secțiunea transversală a LAT

LAT este alcătuit dintr-o matrice 4x4 de module identice numite turnuri. Fiecare turn este la rândul său compus dintr-un convertor de urmărire a siliciului (în care planurile de detecție sunt alternate cu foi subțiri de tungsten ) și un calorimetru electromagnetic de iodură de cesiu. Razele gamma care lovesc detectorul sunt transformate în perechi electron-pozitron în tungsten; perechile sunt la rândul lor urmărite de detectoarele de siliciu (care permite urmărirea, eveniment cu eveniment, a direcției fotonului incident) și absorbite în calorimetru (care permite măsurarea energiei sale). Trackerul este înconjurat de un ecran anti-coincidență (ACD) pentru respingerea fundalului particulelor încărcate, care pe orbita joasă sunt mult mai numeroase decât razele gamma pe care LAT este conceput să le detecteze.

Colaborarea italiană, susținută deAgenția Spațială Italiană , Institutul Național de Astrofizică și Institutul Național de Fizică Nucleară , a fost responsabilă pentru construcția și testarea urmăritorului de siliciu (cel mai complex dintre subsistemele LAT) și este implicată activ în exploatarea științifică a datelor misiunii. [6]

LAT este sensibil la radiațiile gamma din banda de energie cuprinsă între 20 MeV și 300 GeV (sau mai mult). Are un câmp vizual de aproximativ 2,5 sr (extrem de larg pentru un telescop producător de perechi), care corespunde cu aproximativ o cincime din cer. În modul de funcționare nominal, observă fiecare punct al cerului timp de aproximativ 35 de minute la fiecare 3 ore (ceea ce corespunde a două orbite complete). Energia excelentă, rezoluția unghiulară și temporală, zona eficientă mare și timpul mort extrem de redus se traduc într-un salt înainte în sensibilitate de aproape două ordine de mărime comparativ cu predecesorul direct (telescopul EGRET de la bordul misiunii CGRO ). [7]

De la 1 ianuarie 2014, misiunea și-a schimbat modul de observație, favorizând regiunea centrului galactic, dar continuând să mențină acoperirea totală a cerului.

Misiune științifică și obiective

Razele gamma, prin natura lor, sunt capabile să traverseze distanțe cosmologice ( universul este în esență transparent la radiații în banda de energie de interes pentru Fermi) și nu sunt deviate de câmpuri magnetice (adică îndreaptă spre sursele lor respective), astfel încât să permită să studiem cele mai violente fenomene care apar în natură până la granițele universului vizibil. Cu toate acestea, acestea sunt absorbite în atmosfera superioară, astfel încât studiul lor necesită utilizarea telescoapelor spațiale . [5]

Misiunea a fost concepută și concepută pentru o durată minimă de cinci ani (care ar trebui extinsă la zece ani). Principalele obiective științifice ale telescopului Fermi includ: [8]

  • studiul mecanismelor de accelerare a particulelor și de emisie a radiațiilor electromagnetice în nucleele galactice active (nucleele galactice active, AGN), pulsarii și rămășițele supernei (SuperNova Remnants, SNR);
  • studiul surselor gamma neidentificate și al radiației gamma difuze galactice și extra-galactice;
  • studiul emisiilor de energie foarte ridicate în rafale gamma- ray sau Gamma-Ray Bursts (GRBs);
  • detectarea indirectă a materiei întunecate , prin decăderea sau anihilarea ei în fotoni sau electroni și pozitroni.

Toate datele științifice (și software-ul necesar utilizării lor) sunt publicate în timp real și puse la dispoziția întregii comunități științifice. [9]

Descoperiri științifice

Cele mai relevante descoperiri științifice ale observatorului, pe lângă publicarea în reviste științifice internaționale, fac de obicei obiectul unor recenzii de presă dedicate. Principalele sunt enumerate mai jos.

  • 16 octombrie 2008 : descoperirea unui pulsar în rămășița supernei CTA1 prin pulsație în raze gamma. [10]
  • 6 ianuarie 2009: descoperirea a 12 noi pulsari gamma și detectarea altor 18 pulsari cunoscuți la alte lungimi de undă. [11]
  • 19 februarie 2009 : Observarea celei mai puternice explozii de raze gamma dezvăluite vreodată. [12]
  • 11 martie 2009: harta cerului Gamma pe baza datelor colectate în primele trei luni ale misiunii. [13]
  • 4 mai 2009: măsurarea spectrului componentei electronice de mare energie a razelor cosmice . [14]
  • 3 iulie 2009: descoperirea unei noi populații de pulsari. [15]
  • 7 decembrie 2009: Quasar 3C454.3 devine cea mai strălucitoare sursă gamma de pe cer. [16]
  • 18 decembrie 2009 : descoperirea a numeroase stele de neutroni care au emisie pulsată gamma, dar care nu sunt văzute la radio, ajunge în lista publicată de știință a celor mai importante 10 descoperiri din 2009. [17]
  • 6 ianuarie 2010: Acoperirea radio a surselor Fermi neidentificate dezvăluie prezența multor noi pulsare fulgerătoare, unele dintre ele în sisteme binare similare cu cea numită văduva neagră. Este un rezultat revoluționar atât pentru astronomia gamma, cât și pentru radioastronomia și studiul pulsarilor reciclați. [18]
  • 16 februarie 2010: emisia gamma de la rămășița supernovai CasA dezvăluită ca dovadă a accelerării continue a razelor cosmice. [19]
  • 17 februarie 2010: Studiul masiv pe mai multe lungimi de undă al galaxiei 3C279 evidențiază înfășurarea câmpurilor magnetice din jeturile produse de gaura neagră centrală. [20]
  • 1 aprilie 2010: descoperirea emisiei gamma de la lobii galaxiei radio Centaurus A. [21]
  • 12 august 2010: descoperirea emisiei gamma a Nova Cygni , care a explodat în martie 2010, este publicată de Science. [22]
  • 9 noiembrie 2010: Fermi dezvăluie două structuri gigantice care se extind cu 25.000 de ani lumină deasupra și sub planul galactic. Aceste două structuri, poreclite „ bule Fermi ”, ar putea fi rămășița unei erupții din centrul galaxiei de acum câteva milioane de ani. [23]
  • 17 noiembrie 2010: studiu asupra micului nor de Magellan . Fluxul gamma scăzut indică o densitate a razelor cosmice mult mai mică decât cea înregistrată în Calea Lactee. [24]
  • 6 ianuarie 2011: AGILE și Fermi sunt împreună în revista Science cu descoperirea variabilității gamma din Nebuloasa Crab înregistrată în septembrie 2010. [25]
  • 10 ianuarie 2011 : Fermi dezvăluie antimateria generată de Flash Terestru Gamma Ray , exploziile de raze gamma generate de nori mari de furtună în zonele ecuatoriale. [26]
  • 25 ianuarie 2011: American Astronomical Society acordă premiul Bruno Rossi echipei Fermi [27]
  • 11 mai 2011: Nebuloasa Crab își mărește fluxul gamma cu aproximativ un factor de 5. [28]
  • 29 iunie 2011: Fermi observă emisia razelor gamma dintr-un sistem binar format din pulsarul PSR B1259-63 și LS 2883 , o stea de 24 de ori mai masivă decât Soarele. Pulsarul, care se rotește în jurul stelei cu o perioadă de 3 , 4 ani s-a apropiat de stea la o distanță mai mică decât cea care o separă pe Venus de Soare și se crede că emisia gamma este cauzată de interacțiunea pulsarului cu discul de materie care înconjoară steaua. [29]
  • Iulie 2011: al doilea catalog de surse gamma dezvăluit de Fermi este făcut public folosind doi ani de date. De la începutul misiunii, satelitul a identificat 1873 de surse. O cantitate imensă în comparație cu ceea ce a fost arhiva surselor de energie ridicate înainte de lansare: mai puțin de 300. Printre sursele catalogate, o mie bună sunt nuclee galactice active, dar în arhivă există o sută de pulsari , stele de neutroni care se rotesc foarte mult în jurul axei lor și numeroase rămășițe de supernovă , cum ar fi Nebuloasa Crabului , dar aproape 600 de surse rămân de identificat. [30]
  • 13 octombrie 2011 : studiul a sute de galaxii active arată o corelație clară între fluxul măsurat în radio și în gama, demonstrând că atât emisia radio, cât și emisia gamma provin din jeturile de particule relativiste produse de găurile negre supermasive din centrele galaxiilor. [31]
  • 3 noiembrie 2011: numărul de pulsari gamma ajunge la 100. Există trei familii de stele de neutroni care contribuie în mod egal la acest rezultat alături de pulsarii „normali”, găsim pulsarii foarte rapizi (complet necunoscuți ca surse gamma înainte de Fermi) și pulsarii care nu au emisie radio, dar sunt văzuți pulsând direct în raze gamma. Trebuie remarcat faptul că aproximativ jumătate din obiectele din catalog NU erau cunoscute înainte de lansarea Fermi. Împreună cu aparatele de radio liniștite, zeci de pulsari noi, ultra-rapizi au fost descoperiți prin pătrunderea cu radiotelescoape la surse gamma neidentificate. [32]
  • 24 noiembrie 2011: emisia gamma mapată de Fermi LAT în regiunea Swan ne permite să „vedem” pentru prima dată o regiune în care tinerele raze cosmice sunt copleșite de mișcările tumultuoase ale mediului interstelar, așa cum își imaginase Enrico Fermi acum vreo șaizeci de ani în urmă. [33]
  • 14 decembrie 2011: Fermi dezvăluie emisia gamma de la Supernova lui Tycho . [34]
  • 7 martie 2012 : În urma focului intens înregistrat în 7 martie 2012, Soarele este cea mai strălucitoare sursă din cerul gamma timp de 1 zi. [35]
  • 12 martie 2012: una dintre cele mai strălucite și neidentificate surse din catalogul Fermi se dovedește a fi o sursă binară, prima care a fost dezvăluită din datele gamma. [36]
  • 25 octombrie 2012: pentru prima dată prezența unui pulsar foarte rapid este evidențiată numai pornind de la datele gamma și de la informațiile privind variabilitatea periodică a omologului optic. Acesta este J1311-3433 , un pulsar cu o perioadă de doar 2,5 ms în cadrul celui mai îngust sistem binar cunoscut. Steaua însoțitoare foarte ușoară durează doar 93 de minute pentru a-și completa orbita. Întregul sistem ar putea fi cuprins în Soarele nostru. [37]
  • 8 ianuarie 2013 : razele gamma emise de o galaxie foarte îndepărtată au fost identificate de instrumentele de la bordul satelitului Fermi al NASA. Cu toate acestea, spre deosebire de ceea ce este prezis de teoriile actuale, regiunea din care a provenit această emisie intensă de energie nu coincide cu gaura neagră supermasivă situată în centrul galaxiei, ci se află la 70 de ani lumină de ea. [38]
  • 14 februarie 2013: Fermi a confirmat și îmbogățit descoperirile satelitului AGILE : rămășițele supernova accelerează protonii. Radiația lor gamma dezvăluie acest lucru. [39]
  • 27 aprilie 2013: Detectorul LAT al satelitului Fermi al NASA a detectat cea mai energică explozie de raze gamma înregistrată vreodată, într-o galaxie situată la 3,6 miliarde de ani lumină distanță, la o distanță foarte apropiată de GRB-urile înregistrate anterior. Fenomenul este asociat cu o Supernova. [40]
  • 28 iunie 2013: este publicat catalogul surselor de raze gamma detectate de LAT la energii mai mari de 10 GeV. Catalogul conține peste 500 de obiecte, în principal nuclee galactice active sau blazare. [41]
  • 5 septembrie 2013 : Fermi dezvăluie fluxul gamma scăzut din PSR J2021 + 4026 , un pulsar gamma fără emisii radio găsit în regiunea Swan și similar cu Geminga . Astfel, una dintre caracteristicile atribuite până acum emisiei de raze gamma de la o stea de neutroni pare să lipsească: constanța sa. [42]
  • 24 septembrie 2013: este publicat al doilea catalog de pulsari LAT. Conține 117 stele de neutroni dezvăluite ca surse pulsate de raze gamma; dintre acestea, 42 sunt pulsari tineri observați, de asemenea, la radio, 35 sunt pulsari tineri fără emisii radio și restul de 40 sunt pulsari foarte rapizi, dintre care jumătate au fost descoperiți la radio prin observarea unor noi surse dezvăluite de LAT, dar fără identificare la alte lungimi de undă. [43]
  • Noiembrie 2013: este publicată cantitatea uriașă de date colectate din studiul exploziei de raze gamma GRB 130427A . Este evenimentul care a produs fotonii cu cea mai mare energie observată vreodată și a strălucit în raze gamma timp de peste 20 de ore. [44]
  • Ianuarie 2014 : Fermi face primele observații gamma ale unei lentile gravitaționale. Un rezultat important care deschide noi căi de cercetare, în special observațiile regiunilor de emisii apropiate de găurile negre supermasive. [45]
  • Februarie 2014: descoperirea emisiei gamma de către pulsarii foarte rapizi este unul dintre cele mai neașteptate rezultate ale misiunii Fermi. Pulsarele fulgerătoare, necunoscute în gama înainte de 2008 , sunt acum cea mai mare clasă din familia pulsarilor gamma. [46]
  • Iulie 2014: la sfârșitul lunii iunie 2013, un sistem binar deosebit din care unul dintre cele două obiecte cerești este o stea de neutroni cu rotație rapidă, PSR J1023 + 0038 a arătat o schimbare bruscă a proprietăților sale ca niciodată. Semnalul radio emis de pulsar a dispărut, dar în același timp sistemul și-a mărit luminozitatea în raze gamma de până la cinci ori. [47]
  • 1 august 2014 : Descoperirea emisiei gamma împreună cu emisia optică maximă de la o mână de Novae este unul dintre cele mai surprinzătoare (și neașteptate) rezultate ale misiunii Fermi. [48]
  • la 12 aprilie 2017, cea de-a miliardea [49] rază gamma extraterestră a fost detectată cu LAT de când telescopul Fermi a intrat pe orbită.
  • 11 iunie 2018: NASA își amintește de a 10-a aniversare a telescopului cu un rezumat al principalelor descoperiri [50]

Căutați unde gravitaționale

Observatorul Fermi are două instrumente de câmp mare, care sunt întotdeauna active. În timp ce Telescopul cu suprafață mare acoperă aproximativ 1/6 din cer și observă întregul cer la fiecare trei ore, monitorul de explozie cu raze gamma (GBM) acoperă întotdeauna aproximativ jumătate. Prin urmare, GBM este instrumentul care are cele mai mari șanse de a avea regiunea din care semnalul ajunge în câmpul vizual la momentul potrivit.

După anunțul primei observații a undei gravitaționale , Observatorul Fermi a declarat că GBM a detectat un semnal gamma slab la o distanță de 0,4 secunde de la observarea LIGO a undei gravitaționale. Potrivit grupului Fermi, șansa ca acest eveniment să fie o „alarmă falsă” este de 0,22% [51] . Semnalul înregistrat, cu o durată de aproximativ o secundă, avea caracteristici similare cu cele ale unei rafale scurte de raze gamma, iar locația sa nu este precisă, dar compatibilă cu regiunea identificată de LIGO. Diferența de 0,4 secunde între cele două citiri înseamnă că semnalul LIGO era deja terminat la sosirea semnalului gamma. Deoarece acestea sunt semnale care se propagă cu viteza luminii, aceasta înseamnă că, dacă semnalul gamma este conectat la cel gravitațional, acesta trebuie să fi fost produs mai târziu. [52] [53]

Cercetătorii care lucrează cu satelitul european INTEGRAL , de asemenea, capabili să detecteze explozii de raze gamma, susțin că nu au detectat niciun semnal asociat cu unda gravitațională observată de LIGO [54] .

Catalog de surse

  • Catalogul de referință al surselor gamma dezvăluit de Fermi LAT este disponibil pe site-ul NASA LAT pe 2 ani, punctul Source Catalog
  • Catalogul de referință AGN (Active Galactic Nuclei) este disponibil pe site-ul web „The Smithsonian / NASA Astrophysics Data System” [55]
  • Catalogul pulsar de referință este disponibil pe site-ul „The Smithsonian / NASA Astrophysics Data System” [56]
  • Catalogul surselor detectate la energii mai mari de 10 GeV este disponibil pe site-ul web „The Smithsonian / NASA Astrophysics Data System” [57]

Notă

  1. ^ Glast Space Telescope Launched. Arhivat la 15 iunie 2008 la Internet Archive .
  2. ^ Rename Observatory for Fermi, Reveals All Gamma-Ray Sky
  3. ^ The Day Fermi NASA a evitat un glonț de 1,5 tone , pe nasa.gov , 30 aprilie 2013.
  4. ^ Fermi Status Update , pe nasa.gov , 30 martie 2018.
  5. ^ a b Site informativ INAF-IASF Milano - Gama astronomie
  6. ^ GLAST / Fermi , pe asi.it. Adus de 30 ianuarie 2014 (arhivate de la original la 1 februarie 2014).
  7. ^ Telescopul energetic cu raze gamma (EGRET)
  8. ^ Misiunea GLAST - iasf-milano.inaf.it , pe iasf-milano.inaf.it , 31 ianuarie 2014.
  9. ^ Centrul de sprijin științific Fermi
  10. ^ Telescopul Fermi descoperă primul pulsar numai cu raze gamma
  11. ^ Telescopul Fermi al NASA dezvăluie la Dozen New Pulsars
  12. ^ Telescopul Fermi al NASA vede cea mai extremă explozie cu raze gamma încă
  13. ^ Fermi's Best-Ever Look at the Gamma-Ray Sky
  14. ^ Fermi al NASA explorează „invadatorii spațiali” de mare energie
  15. ^ Telescopul Fermi al NASA sondează zeci de pulsari
  16. ^ Indigestia unei găuri negre
  17. ^ Pulsarii Fermi în primii zece ai Științei
  18. ^ Văduvele negre ale satelitului Fermi
  19. ^ Fermi este de acord cu Fermi
  20. ^ Tirbușon cosmic
  21. ^ Centaurus A, superacceleratorul cosmic
  22. ^ Raze gamma cu o aromă antică
  23. ^ Telescopul Fermi al NASA găsește o structură uriașă în galaxia noastră
  24. ^ Micul Nor Magellanic sub obiectivul lui Fermi
  25. ^ Unul / doi de AGILE și Fermi
  26. ^ Antimaterie deasupra furtunii
  27. ^ Premiul Bruno Rossi pentru echipa LAT din Fermi
  28. ^ Emisii intense
  29. ^ Binarul „Cuplu ciudat” face erupții duale cu raze gamma
  30. ^ Iată noul cer al lui Fermi
  31. ^ Fața dublă a AGN-urilor
  32. ^ Un pulsar tânăr pentru Fermi
  33. ^ Raze cosmice tinere în „cocon”
  34. ^ Secretul razelor cosmice
  35. ^ Furtunile solare ale FERMI
  36. ^ Fermi detectează binare cu raze gamma
  37. ^ Dublu "primul" pentru Fermi
  38. ^ Acea blob la care nu te aștepți
  39. ^ Un ping pong strălucitor
  40. ^ Atât de strălucitor și atât de apropiat
  41. ^ Cerul văzut de Fermi
  42. ^ Când constanța eșuează
  43. ^ Al doilea catalog al Pulsarilor LAT
  44. ^ Acel monstru fulger gamma
  45. ^ Raze gamma de lentile gravitaționale
  46. ^ Un Fermi neașteptat
  47. ^ Pulsar cu schimbare rapidă
  48. ^ Gama emisiune novae
  49. ^ Fermi Satellite Observes Billionth Gamma Ray with LAT Instrument , at www6.slac.stanford.edu .
  50. ^ (EN) Satelitul Fermi al NASA sărbătorește 10 ani de descoperiri , pe nasa.gov, 11 iunie 2018.
  51. ^ (EN) V. Connaughton, E. Burns și A. Goldstein, Fermi GBM Observations of LIGO Gravitational-wave Event GW150914 , în The Astrophysical Journal Letters, vol. 826, nr. 1, 2016, pp. L6, DOI : 10.3847 / 2041-8205 / 826/1 / L6 . Adus la 8 octombrie 2017 .
  52. ^ Telescopul Fermi de la NASA a descoperit sursele de unde gravitaționale , la nasa.gov .
  53. ^ Fermi: unde se naște unda gravitațională , pe media.inaf.it .
  54. ^ (EN) V. Savchenko, C. Ferrigno și S. Mereghetti, Limite superioare INTEGRALE la emisia de raze gamma asociate cu evenimentul unde gravitaționale GW150914 , în The Astrophysical Journal Letters, vol. 820, nr. 2, 2016, pp. L36, DOI : 10.3847 / 2041-8205 / 820/2 / L36 . Adus la 8 octombrie 2017 .
  55. ^ Al doilea catalog al nucleelor ​​galactice active detectate de telescopul Fermi Large Area
  56. ^ Al doilea catalog de telescopuri cu suprafață mare Fermi de pulsari cu raze gamma
  57. ^ Primul catalog Fermi-LAT de surse peste 10 GeV

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității BNF ( FR ) cb15616674r (data)