Fermi palydovas stebi milijardinį gama spindulių su LAT instrumentu

Anonim

Įsivaizduokite, kad turėjote superhero viziją ir galėtumėte pamatyti visiškai naują įspūdingų žmogaus akių nematomą reiškinį. NASA Fermi gama spindulių teleskopas suteikia astrofizikams analogiškų galių. Jis fiksuoja visatos vaizdus gama spinduliuose, energingiausia šviesos forma.

Balandžio 12 d. Vienas iš kosminio aparato prietaisų - Didžiojo ploto teleskopas (LAT), kuris buvo sukurtas ir surinktas Energijos departamento SLAC nacionalinėje greitintuvo laboratorijoje, aptiko milijardinį nežemišką gama spindulių.

Kadangi gama spinduliai dažnai gaminami smurtiniais procesais, jų stebėjimas atskleidžia šviesą ekstremaliomis kosminėmis aplinkomis, tokiomis kaip galingos žvaigždžių sprogimai, didelio greičio dalelių purkštukai, kuriuos išskiria didžiulės juodosios skylės, ir ultradense neutronų žvaigždės, verpstančios neįsivaizduojamai sparčiai. Gama spinduliai taip pat gali būti įspėjamieji tamsiosios dalelės dalelių požymiai - nematomos tamsios materijos hipotetinės sudedamosios dalys, kurios sudaro 85 proc. Visos visatos materijos.

"Nuo 2008 m." Fermi "pradžios LAT padarė keletą svarbių atradimų gama spindulių išmetimų iš egzotinių šaltinių mūsų galaktikoje ir už jos ribų", - sako Robertas Cameronas, SLAC instrumentų mokslo operacijų centro (ISOC) vadovas. LAT jau surinko šimtus kartų daugiau gama spindulių nei ankstesnės kartos EGRET instrumentas NASA Komptono gama spindulių observatorijoje - avansas, kuris labai pagilino supratimą apie šios energetinės spinduliuotės gamybą.

Įgalinama "Discovery"

Tarp LAT atradimų yra daugiau nei 200 pulsarų - greitai sukasi, labai įmagnetinti sugriuvusių žvaigždžių šerdys, kurios iki 30 kartų masyvesnės nei saulė. Prieš "Fermi" paleidimą, tik septyni iš šių objektų buvo skleidžiami gama spinduliai. Kadangi pulsarai sukasi aplink savo ašį, jie išskiria gama spindulių spindulius, tokius kaip kosminiai švyturiai. Daugelis pulsarų sukasi keletą šimtų kartų per sekundę - tai yra dešimtys milijonų kartų greičiau nei Žemės sukimasis.

"Supratimas pulsarų kalba mums apie žvaigždžių evoliuciją, nes jie yra vienas iš galimų žvaigždės gyvenimo taškų", - sako Cameronas. "LAT duomenys leido mums visiškai iš naujo suprasti, kaip pulsarai išskiria gama spindulius."

LAT taip pat pirmą kartą parodė, kad novae - termobranduoliniai sprogimai ant žvaigždžių paviršiaus, kurie sukaupė kaimyninių žvaigždžių medžiagą, gali išmesti gama spindulius. Šie duomenys pateikia naujus duomenis apie deginančių žvaigždžių fiziką, o tai yra esminis procesas cheminių elementų sintezei visatoje.

Dar daugiau egzotinių gama spindulių šaltinių, kuriuos nustato LAT, yra mikrokvarseriai. Šie objektai yra žvaigždžių dydžio analogai aktyvių galaktikos branduolių, kai dujos sukasi aplink juodąją skylę centre. Kadangi juodoji skylė, prasiskverbianti iš jo aplinkos, išleidžia įkrautų dalelių srautus, kurie keliauja beveik taip pat greitai, kaip šviesa į erdvę, generuojant procesą gama spindulių spindulius.

Galaktikos masto atveju toks išmetimo mechanizmas galėjo sukurti tai, kas vadinama Fermi burbuliukais - dviem milžiniškomis sritimis, esančiomis aukščiau ir žemiau mūsų paukščių tako galaktikos disko centro, kuris spinduliuoja gama spinduliais. 2010 m. Suplanuoti šie burbulai rodo, kad didžioji juodoji skylė, esanti mūsų galaktikos centre, buvo aktyvesnė nei šiandien.

Tyrėjai taip pat naudoja LAT, kad ieškotų tamsiosios medžiagos dalelių požymių pačioje Paukščių tako ir kitų galaktikų vietovėse. Teorijos numato, kad hipotetinės dalelės gamins gama spindulius, kai jie sulauks arba susidurs ir sunaikins vienas kitą.

"Esant jautrumui, kurį mes pasiekėme su LAT, iš esmės turėtume pamatyti tokius tamsiosios medžiagos parašus", - sako SLAC Seth Digel, kuris vadovauja Fermi grupei Kavli dalelių astrofizikos ir kosmologijos institutu (KIPAC) Stanfordo universiteto ir SLAC institutas. "Tačiau kol kas nerandame jokių galutinių signalų, ir iki šiol LAT duomenys taip pat gali būti paaiškinti su kitais astrofiziniais šaltiniais."

Galiausiai LAT ištyrė gama spindulių šaltinius arčiau namų, įskaitant gamtos spindulius, kuriuos sukėlė griaudžiai Žemės atmosferoje, saulės spinduliai ir net uždegtos dalelės, nukentėjusios į mėnulio paviršių.

Rasti adatas šieno kortoje

Iš savo vietos Fermi, esančio 330 mylių aukštyje, LAT mato 20 proc. Dangaus bet kuriuo metu. Kiekvienas du orbitai, kurių kiekviena trunka apie 95 minutes, prietaisas renka duomenis, reikalingus viso dangaus gama spindulių žemėlapiui.

Tačiau identifikuoti tinkamus žemėlapio signalus yra šiek tiek panašus kaip surasti adatas šieno stotelėje: kiekvienam gama spindulių fotonui LAT matosi daug daugiau aukštos energijos užpildytų dalelių, vadinamų kosminėmis spinduliais. Dauguma šių fono signalų iš karto atmetami aparatūros įjungimo ir programinės įrangos filtrai LAT Fermi, kuris sumažina signalų greitį nuo 10 000 iki 400 per sekundę.

Kiti duomenys suspaudžiami, perduodami į Žemę ir siunčiami į NASA Goddardo kosminio skrydžio centrą Greenbelt, Maryland, kur jie yra suskirstyti į tris skirtingus LAT duomenų rinkinius: GBM (antrasis Fermi instrumentas, kuris stebi trumpalaikius gama- ray sprogo) ir erdvėlaivių duomenis.

LAT duomenys perduodami LAT ISOC SLAC, kur 1000 kompiuterio branduolių automatiškai analizuoja duomenų srautą ir išfiltruoja dar daugiau fono signalų. 70 proc. Visų aptiktų gama spindulių yra iš Žemės atmosferos, per 10 000 pradinių detektorių įvykių per sekundę paliekami tik du ar trys nežemiškos gama spindulių signalai. Šie duomenys tada siunčiami atgal į NASA Goddard, kur jie yra viešai prieinami tolimesnei analizei.

"ISOC per dieną gauna maždaug 15 duomenų apie LAT tiekimą, iš viso 16 gigabaitų arba tris DVD, kurių verta kasdien", - sako Cameron. "Kiekvienam pristatymui visą procesą - nuo to momento, kai duomenys palieka Fermi iki to momento, kai gama spinduliai patenka į viešąjį archyvą - trunka apie keturias valandas."

Kitąmet "Fermi" misija pasiekia savo 10 metų veiklos tikslą. Tai, kas vyks po to, didžiąja dalimi priklausys nuo finansavimo.

"Jei planuojama nesėkmė, LAT daugeliu atžvilgių yra nepakeičiama, ypač mažo energijos gama spindulių tyrimams", - sako Digelis. "Visais šiais metais teleskopas išlieka stiprus, ir dar daugybė mokslo reikalaujama."

Svarbus naujas vaidmuo LAT yra ieškoti gama spindulių šaltinių, susijusių su gravitacinės bangos įvykiais. Šie erdvinio laiko spinduliai atsiranda, pavyzdžiui, kai dvi juodosios skylės sujungiamos į vieną, kaip neseniai pastebėjo LIGO jutiklis. Tai atveria visiškai naują gravitacinės bangos astrofizikos lauką.

LAT ISOC yra KIPAC skyrius ir SLAC dalelių astrofizikos ir kosmologijos skyrius. KIPAC mokslininkai prisideda prie tarptautinio Fermi LAT bendradarbiavimo, kurio tyrimus finansuoja NASA ir DOE Mokslo tarnyba, taip pat agentūros ir institutai Prancūzijoje, Italijoje, Japonijoje ir Švedijoje.

menu
menu