Fermi

El telescopio Fermi o telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi es un observatorio espacial diseñado para estudiar las fuentes de rayos gamma del universo con el objeto de detallar un mapa de las mismas. Dos años después de su puesta en funcionamiento, había generado un mapa de las 1451 fuentes de rayos gamma más brillantes conocidas.

Fue puesto en órbita el 11 de junio de 2008 desde el cohete Delta II y su nombre honra al físico italiano Enrico Fermi.

La misión está financiada por la NASA, el Departamento Americano de Energía (DOE) y agencias de financiación de Francia, Alemania, Italia, Japón y Suecia.

Características

Fermi sigue una órbita circular baja (550 km de altura) con un periodo de 95 minutos. En su modo habitual de operación, los instrumentos apuntan en dirección opuesta a la de la Tierra. Un ligero balanceo, combinado con la rápida órbita, le permite cubrir todo el cielo de forma uniforme varias veces al día.

El instrumento principal de Fermi es el telescopio de gran área (‘Large Area Telescope’) LAT, con el que se está mapeando todo el cielo en busca de fenómenos astrofísicos como núcleos activos de galaxia, púlsares o restos de supernova. LAT detecta el rayo gamma mediante una reacción de producción de un par electrón–positrón. La dirección de este par, de la que luego se extrae la del rayo gamma incidente, se mide en un detector de silicio (un “tracker”). La energía del par se mide después en un calorímetro de yoduro de cesio. El rango de energía de los rayos gamma a los que es sensible LAT es de 20 mega-electronvoltios (30 MeV) a 300 giga-electronvoltios (300 GeV). Su campo visual es de aproximadamente un 20% del cielo.

El segundo instrumento a bordo de Fermi se llama GBM (Gamma-ray Burst Monitor) y se emplea sólo para detectar brotes de rayos gamma en rayos X. Cubre el rango de 8 KeV a 30 MeV.

Aportes científicos

A los dos años de su puesta en órbita, y aparte del mapa de fuentes de rayos gamma en proceso de elaboración, el telescopio ha permitido ofrecer pistas sobre la evolución de los agujeros negros supermasivos que se hallan en el centro de galaxias activas, en el sentido de que su emisión de rayos gamma disminuye a medida que envejecen. También, ha posibilitado la detección de 56 nuevos púlsares.

El telescopio espacial de rayos gamma Fermi, anteriormente GLAST, es la apertura de este mundo de alta energía para la exploración y ayudar a responder estas preguntas. Con Fermi, los astrónomos por fin tienen una herramienta superior para estudiar cómo los agujeros negro, conocido por tirar en cuestión, puede acelerar chorros de gas hacia el exterior a velocidades fantásticas. Los físicos son capaces de estudiar las partículas subatómicas a energías mucho mayores que las observadas en los aceleradores de partículas instalados en tierra. Y cosmólogos están ganando una valiosa información sobre el nacimiento y la evolución temprana del Universo.

Para esta tarea única, que reúne a las comunidades de la física de partículas y la astrofísica, la NASA se ha asociado con el Departamento de Energía de EE.UU. y las instituciones en Francia, Alemania, Japón, Italia y Suecia. General Dynamics fue elegido para construir la nave espacial. Fermi fue iniciado 11 proyectos de junio de 2008 a 24:05 EDT.

Agosto 26, 2008: El telescopio más nuevo de la NASA, anteriormente conocido como GLAST, ha pasado exitosamente su verificación orbital, comenzando de este modo una misión destinada a explorar el violento e impredecible universo de los rayos gamma.

El telescopio comienza la misión con un nuevo nombre. La NASA anunció hoy que a GLAST se le asignó un nuevo nombre: Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi, en honor al profesor Enrico Fermi (1901 – 1954), un pionero en el campo de la física de alta energía.

Derecha: Concepto artístico del nuevo Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi.

“Enrico Fermi fue la primera persona que sugirió la forma en la cual las partículas cósmicas podrían ser aceleradas a grandes velocidades”, dijo Paul Hertz, el científico que se desempeña como jefe del Directorio de Misiones Científicas de la NASA, en las oficinas centrales de la NASA, ubicadas en Washington. “Su teoría proporciona los fundamentos para entender el nuevo fenómeno que su telecopio homónimo descubrirá”.

Los científicos esperan que Fermi, mediante la observación de rayos gamma energéticos, descubra muchos nuevos pulsares, revele el funcionamiento de los agujeros negros supermasivos y ayude a los físicos a buscar nuevas leyes de la naturaleza.

Durante dos meses después del despegue de la nave espacial, el 11 de junio de 2008, los científicos pusieron a prueba y calibraron sus dos instrumentos, el Telescopio de Gran Área (LAT, por su sigla en idioma inglés) y el Monitor de Destellos del GLAST (GBM, por su sigla en idioma inglés).

Hoy, el equipo del Telescopio Espacial de Gran Área develó una imagen del cielo donde se aprecia el gas brillante de la Vía Láctea, pulsares parpadeantes y una brillante galaxia ubicada a miles de millones de años luz. El mapa combina 95 horas de las primeras observaciones llevadas a cabo por el instrumento:

Arriba: Una porción del mapa de las primeras observaciones de los cielos de rayos gamma.

Se tardó varios años para crear una imagen similar, producida por el ahora desaparecido Observatorio de Rayos Gamma Compton. Con la sensibilidad superior de Fermi, seguramente surgirán nuevos descubrimientos.

El Telescopio Espacial de Gran Área de Fermi explora el cielo completo cada tres horas cuando funciona bajo el “modo de reconocimiento”, tarea que ocupará la mayor parte del tiempo de observación del telescopio durante su primer año de operaciones. Estas fotografías instantáneas permiten a los científicos monitorear cambios rápidos en las características del violento universo de rayos gamma. El telescopio es sensible a los fotones con energías que varían en un rango de 20 MeV (Megaelectronvoltios) hasta por encima de 300 GeV (Gigaelectronvoltios). El límite más alto de este rango, el cual corresponde a energías que son 5 millones de veces más grandes que los rayos X dentales, está muy poco explorado.

Derecha: Este aumento de rayos gamma, detectado por Fermi, el 23 de julio de 2008, señala la probable destrucción de una estrella distante.

El instrumento secundario de la nave espacial, el GBM, identificó 31 explosiones conocidas como erupciones de rayos gamma solamente durante su primer mes de operaciones. Estas explosiones de alta energía ocurren cuando las estrellas masivas mueren o cuando las estrellas de neutrones que están orbitando se mueven juntas en forma de espiral y se fusionan.

El GBM es sensible a rayos gamma menos energéticos que el Telescopio Espacial de Gran Área, lo cual ofrece una visión complementaria del extenso espectro de rayos gamma. Trabajando juntos, los dos instrumentos pueden finalmente desentrañar algunos de los más enredados misterios de las erupciones de rayos gamma.

“Las últimas décadas han sido una época de oro para la astronomía”, dice Chip Meegan, quien es el investigador principal del GBM, en el Centro Marshall para Vuelos Espaciales. Meegan considera que Fermi va a lograr que estos buenos tiempos continúen. “Estoy encantado de ser parte de esto”.

Más sobre el telescopio espacial de rayos gamma Fermi y la materia oscura del universo

Francisco R. Villatoro 5 may 09

Espectro observado por el telescopio espacial Fermi (LAT – círculos rojos con barras de error), con errores sistemáticos estimados en gris, otros resultados experimentales y un modelo teórico difuso (línea a trazos). (C) PRL

Ayer hablábamos de datos provisionales del telescopio espacial de rayos gamma Fermi (Gamma-Ray Space Telescope) y ayer mismo se publicó en Physical Review Letters el artículo con los datos experimentales obtenidos en sus 5 primeros meses de operación. La composición más precisa de los rayos cósmicos obtenido hasta la fecha en el rango de energías de 20 GeV a 1 TeV. Nos lo contextualizan Bruce Winstein, Kathryn M. Zurek, “Cosmic light matter probes heavy dark matter,” Physics 2: 37, May 4, 2009, siendo el artículo técnico A. A. Abdo et al. (Fermi LAT Collaboration), “Measurement of the Cosmic Ray e++e- Spectrum from 20 GeV to 1 TeV with the Fermi Large Area Telescope,” Phys. Rev. Lett. 102: Art. No. 181101, Published on May 04, 2009.

Fermi (también conocido como GLAST) mide fotones de alta energía producidos por la desintegración de pares positón-electrón en láminas de tungsteno estimando su energía mediante un calorímetro.

La evidencia experimental sobre la materia oscura apunta a partículas con una masa entre 100 y 1000 veces la masa del protón (1 GeV). La materia oscura puede será estudiada directamente en el LHC del CERN, en laboratorios subterráneos específicos y mediante sus productos de desintegración en los rayos cósmicos. Esta última vía es la seguida por ATIC (globos sonda), PAMELA (satélites) y ahora Fermi. PAMELA observó el año pasado un exceso en el número de electrones y positones en los rayos cósmicos con energías en el rango 10–100 GeV. ATIC (globos sonda en la Antártida) observó el flujo total de electrones y positones (no pueden diferenciar entre ellos) en el rango de 50–700 GeV. La interacción de los rayos cósmicos con el medio interestelar daría lugar a una distribución de energía de positones y electrones “plana.” Sin embargo, PAMELA observó un cociente entre positones y electrones mayores del esperado y ATIC observó picos en el flujo total de positones y electrones cuando se esperaría un flujo “plano.”

Fermi, como ATIC y al contrario que PAMELA, no puede diferenciar entre electrones y positones y tiene que conformarse con el flujo total. El artículo de Abdo et al. presenta resultados para el rango de energías de 20 GeV a 1TeV, con bandas de error entre el 0.5% y el 5%. Los resultados de Fermi son contradictorios con los de ATIC para energías mayores de 500 GeV. Por el contrario, los resultados de Fermi parecen consistentes con los de PAMELA.

Los resultados de PAMELA y ATIC se interpretaron juntos como evidencia de materia oscura. Los resultados de PAMELA y Fermi se pueden interpretar juntos tanto como evidencia de materia oscura pero también podrían ser el resultado de fenómenos violentos (ondas de choque de explosiones de supernovas, púlsares, etc.)

Sólo datos adicionales tanto de PAMELA como Fermi podrán determinar el origen de los datos observados. A final de año habrá datos de Fermi para un rango de energías hasta un 2 TeV. ¿Qué ofrecerán otros detectores de materia oscura? La física de la materia oscura promete ser apasionante en los próximos años.

Para los interesados en más detalles sobre los resultados de PAMELA y ATIC sobre materia oscura recomiendo (en inglés) “Dark Matter: a Critical Assessment of Recent Cosmic-Ray Signals,” by Tommaso Dorigo, April 17th 2009. Merece la pena leerlo. Es muy bueno, como siempre, Tommaso no nos decepciona.

En este blog os remito a Por qué el satélite Fermi no ha detectado materia oscura en nuestra galaxia (Publicado por emulenews en Mayo 4, 2009).

Abr 18 de, el año 2016

Telescopio Fermi de la NASA a punto de precisar fuentes de ondas gravitacionales

El 14 de septiembre, ondas de energía que viajan por más de un mil millones de años el espacio-tiempo suavemente sacudido en las proximidades de la Tierra. La perturbación, producida por una pareja de fusión de agujeros negros, fue capturado por las instalaciones de Interferómetro Láser Gravitational-Wave Observatory (LIGO) en Hanford, Washington, y Livingston, Louisiana. Este evento marcó la primera vez detección de ondas gravitacionales y abre una nueva ventana científica sobre cómo funciona el universo.

“La luz visible y ultravioleta de las estrellas sigue viajando por el universo incluso después de que hayan dejado de brillar, lo que crea un campo de radiación fósil que podemos explorar utilizando los rayos gamma de fuentes lejanas”, dice el científico Marco Ajello. Es una especie de niebla de luz estelar y un grupo de investigadores ha logrado medirla con la mayor precisión hasta la fecha gracias a un telescopio espacial, el Fermi, dedicado a las fuentes de rayos gamma. Así, han podido determinar que hay como media 1,4 estrellas en cielo por 100.000 millones de años luz cúbicos y que la distancia media entre una estrella y otra es de 4.150 años luz.

Los astrónomos denominan “fondo de luz extragaláctica” a la suma de toda la luz estelar en el cielo y para los rayos cósmicos ese fondo es como una niebla para la luz de un faro, explica la NASA. Ajello y sus colegas, liderados por M.Ackermann, han observado un tipo especial defaros cósmicos llamados blazar para explorar la niebla de luz estelar, y dan a conocer sus resultados en la revista Science.

Los blazar son galaxias que tienen en su centro agujeros negros supermasivos de los que parte de la materia que va cayendo en ellos sale disparada, acelerada casi a la velocidad de la luz en chorros con direcciones opuestas. Si uno de esos chorros está orientado hacia la Tierra, la galaxia resulta especialmente brillante cuando se observa desde aquí. Es decir, los blazar son en esta investigación los haces de la luz (en forma de rayos gamma) de los faros en la niebla (de la luz estelar).

El estudio, con 150 blazar, ha permitido calcular la atenuación de los rayos gamma (por los fotones de la luz de las estrellas que la emitieron antes) al recorrer diferentes distancias en el universo. Y han observado blazar en el cielo hasta distancias que corresponden al universo de hace 9.600 millones de años (el universo tiene ahora unos 13.700 millones de años). Así, con estos faros cósmicos han logrado estimar la densidad de la niebla y calcular la densidad media de estrellas, así como la distancia media entre ellas.

 “Estos resultados del Fermi abren la posibilidad de acotar el primer período de formación estelar en el cosmos y, por tanto, despliegan el escenario para el futuro telescopio espacial James Webb: el Fermi nos está proporcionando una sombra de las primeras estrellas mientras que el James Webb las detectará directamente”, explica Volker Bromm, astrónomo de la Universidad de Texas, en el comunicado de la NASA.