OBSERVATORIO ESPACIAL FERMI: UN IMPORTANTE AVANCE PARA EL ESTUDIO DEL UNIVERSO.

En los últimos años diferentes agencias espaciales y otras instituciones alrededor del mundo son promotoras de misiones satelitales espaciales con diferentes fines . Uno de estos fines es facilitar la comprensión de algunos fenómenos físicos extraterrestres que no se pueden explicar desde su observación mediante telescopios situados en la superficie de la Tierra y que requieren observatorios espaciales situados en satélites fuera de la órbita terrestre ; una misión satelital reciente es la del Observatorio Espacial de Rayos Gamma Fermi, antes llamado Telescopio Espacial de Gran Área de Rayos Gamma (GLAST) .

El satélite del Telescopio Fermi fue lanzado el 11 de junio del año 2008 con el cohete de dos etapas United Launch Alliance Delta II 7920-H desde el cabo cañaveral de la Fuerza Aerea en Florida. Entre los objetivos de la misión de Fermi está el de explorar lugares donde hay reacciones con partículas de alta energía, entender más acerca de las explosiones de rayos gamma y responder a preguntas que permitan un mayor entendimiento de los púlsares . Para el cumplimiento de los fines del Fermi, la nave espacial lanzada tiene una determinada configuración que permite recibir y enviar los datos recogidos.

PARTE I. DESCRIPCIÓN BÁSICA DEL OBSERVATORIO ESPACIAL FERMI,

El observatorio espacial estudia el comportamiento de partículas de luz provenientes de fenómenos físicos efectuados en el espacio que se dirigen a la Tierra con una alta energía. Para esto cuenta con dos instrumentos esenciales el LAT (Telescopio de Gran Área) y el GMB (Monitor de Estallidos de Rayos Gamma) . Estos instrumentos están diseñados para detectar algunos rayos provenientes del espacio, los cuales son seleccionados según la cantidad de energía con la que sean percibidos. La unidad más frecuentemente utilizada para medir la cantidad de energía por parte de los telescopios es llamada electronvoltio y se representa como eV.

Un eV es casi diez trillones de veces menos energía que la que se necesita para desplazar un metro por el suelo cualquier objeto de un kilogramo que esté quieto y llevarlo a una velocidad de 3.6 km/h, velocidad de cualquier persona cuando camina tranquilamente . Sin embargo, una partícula de luz que podemos ver tiene desde menos de 1 eV hasta casi 3 eV, pero es multiplicada por millones de partículas que llegan hacia nosotros; las que contienen muchos más eV que la luz visible son muy perjudiciales a las células humanas . Estas partículas de alta energía abundan fuera de la atmósfera y son detectadas por el GMB, entre un rango de 8 mil y 30 millones de eV y por LAT, entre un rango de 20 millones y 300 mil millones de eV .

El GMB está compuesto por doce detectores hechos de yoduro de sodio (NaI) que tienen 12.7 cm de diámetro con 1.27 cm de espesor, para captar partículas con energía entre 8 mil eV y 1 millón de eV, dos detectores de germanato de bismuto (BGO) que tienen 12.7 cm de diámetro y 12.7 cm de largo para partículas de energía entre 150 mil eV y 30 millones de eV (Véase anexo 5 y 6) ; se puede que ambos tipos de detectores tienen en común el rango de energía entre 150 mil y un millón de eV, lo que permite analizar mejor los datos obtenidos . Los detectores del GMB fueron construidos en las ciudades de Jena y en Friedrichshafen, Alemania

Los materiales NaI y BGO son utilizados ya que, por sus propiedades físicas, emiten destellos de luz visible cuando son estimulados por partículas externas de alta energía, en este caso provenientes de fenómenos físicos del espacio. Estos destellos son analizados por una unidad de procesamiento (DPU) hecha de microprocesadores y otros instrumentos electrónicos que también se encuentran dentro del GMB, para enviar la información al observatorio en órbita y luego de este a la Tierra .

El LAT es un telescopio que percibe una imagen del 20 % del cielo en cualquier momento dado y cubre la totalidad del cielo cada tres horas; se mueve autónomamente cuando detecta partículas de alta energía provenientes de explosiones lejanas, denominadas explosiones de rayos gamma. Este cuenta con cuatro subsistemas: un rastreador de ruta de las partículas, un calorímetro ó medidor de energía de las partículas, un elemento llamado Anticoincidence Detector (ACD) que rechaza partículas que caen en el telescopio no deseadas y el Data Acquisition System (DAQ) que con instrumentos electrónicos distingue cuáles señales que se mandarán a tierra (Véase anexo 7).

El LAT fue ensamblado en el SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) y se dispone así: el rastreador está hecho en una especie de torres ubicadas en 4 por 4, donde cada torre está hecha de bandas de silicio rastreadoras, entrelazadas en láminas tungsteno, un material pesado que blinda de las partículas de alta energía. Por otra parte el calorímetro está hecho de yoduro de cesio, un material muy pesado que produce destellos de luz cuando una partícula le choca. En seguida se encuentra el ACD, hecho de tiras de plástico que producen destellos de luz cuando le chocan partículas no deseadas. Finalmente, se encuentras adaptados los microprocesadores de DAQ .

PARTE II. OPERACIÓN DEL TELESCOPIO FERMI EN LA BANDA DE RAYOS GAMMA.

En general, para la astronomía es muy importante el estudio de la radiación electromagnética. Desde la teoría clásica de la física, implica la variación periódica de las propiedades eléctricas y magnéticas de la materia en forma de energía, sin embargo la teoría moderna agrega la existencia de partículas en estas variaciones, movidas a la velocidad de la luz ; para ambas teorías la frecuencia, es decir la cantidad de veces que la perturbación se repite, es tomada en cuenta dentro de una tabla que contiene el valor medido de dichas frecuencias llamado espectro electromagnético .

Gracias a la tecnología reciente los instrumentos astronómicos pueden identificar la frecuencia con la que les llega la radiación electromagnética, más aún cuando se encuentran fuera de la atmósfera terrestre. Este es el caso del Telescopio Fermi, que opera en una órbita alrededor de la Tierra y está diseñado para captar un tipo de radiación electromagnética, clasificado en el espectro como una perturbación efectuada en periodos cortos y con alta energía. Este tipo de radiación, según la teoría física moderna, contiene partículas de alta energía y, de acuerdo con el espectro electromagnético, es llamada radiación gamma .

La radiación gamma emite perturbaciones de alta energía, que inicia desde decenas de miles de eV, y de muy alta frecuencia, desde más de un trillón de ciclos por segundo; este tipo de radiación tiene se origen en la desintegración de los núcleos atómicos de elementos radioactivos y el deterioro de ciertas partículas subatómicas . Por ejemplo las explosiones de Rayos Gamma en el espacio se producen cuando dos partículas subatómicas con cargas elementales opuestas se aniquilan, hecho que sabemos gracias a la operación de telescopios espaciales, que pueden diferenciar la radiación gamma proveniente de acontecimientos caóticos fuera de la Tierra, como el Telescopio Fermi.

Para detectar rayos gamma se requiere del manejo de instrumentos elaborados en laboratorios terrestres muy especializados, que puedan resistir altas fuentes de energía sin destruirse y por esto se explica la conformación del tipo especial de materiales, que tiene el telescopio Fermi. Desde que fue puesto en órbita, el trabajo principal de Fermi es detectar cualquier fuente de radiación gamma y mandar información a la Tierra para que allí sea manipulada y comprendida; haciendo permanentemente este trabajo el telescopio diariamente la orbita la Tierra durante 96 minutos y recorriendo dos órbitas para estar atento a todo el cielo. Este telescopio es muy autosuficiente y genera nuevos descubrimientos por su actividad, permanentemente.

En el caso especial de que el telescopio detecte un estallido de rayos gamma, el GMB toma la información del estallido y la remite al LAT. Automáticamente el LAT observa la zona donde está observando el GMB; si el LAT encuentra que se ha incrementado la presencia de rayos gamma en esa zona, puede fijarse autónomamente hacia ese punto durante cinco horas y obtener información para procesarla y decidir si mandarla o no a la Tierra, de acuerdo con las características de la radiación captada ; por esta información se puede hacer un catálogo de objetos disponible en el enlace virtual de la NASA abierto para todo el público en el enlace web http://www.nasa.gov/externalflash/fermipulsar.

Es en esta actividad donde el Observatorio Fermi ha alcanzado gran número de logros, como el descubrimiento de nuevos eventos lejanos que llegan a nosotros gracias a la radiación de partículas gamma. Entre sus logros importantes se encuentra el de haber descubierto nuevos elementos, que antes no se pensaba que

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