Fermi Gamma-ray Space Telescope

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Telescopio spaziale per raggi gamma Fermi
Emblema missione
Main fermi logo HI.jpg
Immagine del veicolo
First half of the payload fairing is installed around GLAST.jpg
Dati della missione
Nome nave Delta II
Luogo lancio Kennedy Space Center
Lancio 11 giugno 2008 alle 18:05 CET
Durata 5 anni minimo
Periodo orbitale 96.5 min
Altezza orbita 565 km
Inclinazione orbitale 25.6 °

Il Telescopio spaziale per raggi gamma Fermi (in inglese Fermi Gamma-ray Large Area Space Telescope abbreviato in GLAST), è un telescopio spaziale di grande area per la rilevazione di raggi gamma, oggetto di un esperimento approvato nel 2001 dalla NASA a cui collaborano le agenzie spaziali di Italia, Francia, Giappone e Svezia. Concepito per lo studio della radiazione elettromagnetica emessa da corpi celesti nell'intervallo di energie tra 8 keV e 300 GeV (raggi gamma), l'osservatorio comprende due strumenti scientifici:

  • il "Telescopio di grande area" (Large Area Telescope, abbr. LAT), sensibile alla radiazione gamma tra 20 MeV e 300 GeV;
  • il "Rivelatore di lampi gamma" (Gamma-Ray Burst Monitor", abbr. GBM) per lo studio dei fenomeni transienti ad energie relativamente più basse (tra 8 keV e 40 MeV).
  • il "Rivelatore anti-coincidenza" (abbr. ACD) costituito da una dozzina di rivelatori a ioduro di sodio sensibili ai raggi gamma di energia compresa tra un mille e un milione di eV oltre due rivelatori al germanato di bismuto capaci di rilevari lampi gamma di energia pari a 30 milioni di eV.

Il lancio del telescopio è avvenuto l'11 giugno 2008 alle 18:05 CET con un vettore Delta II dal Kennedy Space Center[1]. Il 26 agosto 2008 la NASA ha ribattezzato l'osservatorio Fermi Gamma-ray Space Telescope, in onore di Enrico Fermi.[2]

Il Telescopio di grande Area[modifica | modifica sorgente]

Al contrario della luce visibile, i fotoni di altissima energia (o raggi gamma) interagiscono con la materia prevalentemente attraverso il processo di produzione di coppie elettrone-positrone. Questa fondamentale differenza si riflette nel principio di funzionamento alla base del Large Area Telescope che, di fatto, assomiglia più agli apparati sperimentali per la fisica delle alte energie utilizzati dai grandi acceleratori di particelle (come il Large Hadron Collider) che ad un telescopio propriamente detto. Esattamente come un telescopio, tuttavia, è stato progettato per lo studio delle sorgenti celesti, sia pure ad una lunghezza d'onda diversa.[3]

Spaccato del LAT

Il LAT è costituito da una matrice 4x4 di moduli identici chiamati torri. Ogni torre è composta a sua volta di un tracciatore-convertitore al Silicio (in cui i piani di rivelazione sono alternati con lamine sottili di Tungsteno) ed un calorimetro elettromagnetico di Ioduro di Cesio. I raggi gamma che incidono sul rivelatore vengono convertiti in coppie elettrone-positrone nel tungsteno; le coppie vengono a loro volta tracciate dai rivelatori al silicio (il che permette di risalire, evento per evento, alla direzione del fotone incidente) ed assorbite nel calorimetro (che permette di misurarne l'energia). Il tracciatore è circondato da uno schermo di anti-coincidenza (ACD) per la reiezione del fondo di particelle cariche, che in orbita bassa sono molto più numerose dei raggi gamma che il LAT è progettato per rivelare.

La collaborazione Italiana, supportata dall'Agenzia Spaziale Italiana, l'Istituto Nazionale di Astrofisica e l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, ha avuto la responsabilità della costruzione e test del tracciatore al silicio (il più complesso dei sottosistemi del LAT) ed è attivamente impegnata nello sfruttamento scientifico dei dati della missione.[4]

Il LAT è sensibile alla radiazione gamma nella banda di energia compresa tra 20 MeV e 300 GeV (o più). Ha un campo di vista di circa 2.5 sr (estremamente ampio per un telescopio a produzione di coppie), che corrisponde a circa un quinto del cielo. Nella modalità operativa nominale osserva ogni punto del cielo per circa 35 minuti ogni 3 ore (che corrispondono a due orbite complete). L'eccellente risoluzione energetica, angolare e temporale, la grande area efficace ed il tempo morto estremamente ridotto si traducono in un salto in avanti in sensibilità di quasi due ordini di grandezza rispetto al diretto predecessore (il telescopio EGRET a bordo della missione CGRO).[5]

Dal primo gennaio 2014 la missione ha cambiato modo osservativo privilegiando la regione del centro galattico, ma continuando a mantenere una copertura totale del cielo.

Missione ed obiettivi scientifici[modifica | modifica sorgente]

I raggi gamma, per loro natura, sono in grado di attraversare distanze cosmologiche (l'universo è essenzialmente trasparente alla radiazione nella banda di energia di interesse per Fermi) e non sono deviati dai campi magnetici (cioè puntano indietro alle rispettive sorgenti) per cui permettono di studiare i fenomeni più violenti che avvengono in natura fino ai confini dell'universo visibile. Essi vengono tuttavia assorbiti nell'alta atmosfera, per cui il loro studio richiede l'impiego di telescopi spaziali.[3]

La missione è stata concepita e progettata per una durata minima di cinque anni (che dovrebbe essere prolungata a dieci anni). I principali obiettivi scientifici del telescopio Fermi includono:[6]

  • lo studio dei meccanismi di accelerazione di particelle ed emissione di radiazione elettromagnetica in Nuclei Galattici Attivi (Active Galactic Nuclei, AGN), pulsar e Resti di Supernova (SuperNova Remnants, SNR);
  • lo studio delle sorgenti gamma non identificate e della radiazione gamma diffusa galattica ed extra-galattica;
  • lo studio dell'emissione ad altissima energia nei Lampi gamma o Gamma-Ray Burst (GRB);
  • la rivelazione indiretta della materia oscura, attraverso il suo decadimento o annichilazione in fotoni o elettroni e positroni.

Tutti i dati scientifici (ed il software necessario per il loro utilizzo) sono rilasciati in tempo reale e messi a disposizione dell'intera comunità scientifica.[7]

Scoperte scientifiche[modifica | modifica sorgente]

Le scoperte scientifiche più rilevanti dell'osservatorio, oltre ad essere pubblicate su riviste scientifiche internazionali, sono tipicamente oggetto di rassegne stampa dedicate. Di seguito sono elencate le principali.

  • 16 ottobre 2008: scoperta di una pulsar nel resto di supernova CTA1 attraverso la pulsazione nei raggi gamma.[8]
  • 6 gennaio 2009: scoperta di 12 nuove pulsar gamma e rivelazione di altre 18 pulsar note ad altre lunghezze d'onda.[9]
  • 19 febbraio 2009: osservazione del più potente lampo gamma mai rivelato.[10]
  • 11 marzo 2009: mappa del cielo gamma basata sui dati raccolti nei primi tre mesi di missione.[11]
  • 4 maggio 2009: misura dello spettro della componente elettronica ad alta energia dei raggi cosmici.[12]
  • 3 luglio 2009: scoperta di una nuova popolazione di pulsar.[13]
  • 7 dicembre 2009: il quasar 3C454.3 diventa la sorgente gamma più brillante del cielo.[14]
  • 18 dicembre 2009: la scoperta di numerose stelle di neutroni che hanno emissione gamma pulsata ma non sono viste in radio finisce nella lista pubblicata da science delle 10 scoperte più significative del 2009.[15]
  • 6 gennaio 2010: la copertura radio delle sorgenti Fermi non identificate rivela la presenza di molte nuove pulsar velocissime, alcune delle quali in sistemi binari simili a quello chiamato vedova nera. È un risultato rivoluzionario sia per l’astronomia gamma, sia per la radioastronomia e lo studio delle pulsar riciclate.[16]
  • 16 febbraio 2010: rivelata l’emissione gamma dal resto di supernova CasA a riprova della continua accelerazione dei raggi cosmici.[17]
  • 17 febbraio 2010: imponente studio multilunghezza d’onda della galassia 3C279 evidenzia l’avvolgimento dei campi magnetici nei getti prodotti dal buco nero centrale.[18]
  • 1 aprile 2010: scoperta dell’emissione gamma dai lobi della radiogalassia Centauro A.[19]
  • 12 agosto 2010: la scoperta dell’emissione gamma di Nova Cygni, esplosa nel Marzo 2010, viene pubblicata da Science.[20]
  • 9 novembre 2010: Fermi rivela due gigantesche strutture che si estendono per 25 mila anni luce al di sopra e al di sotto del piano galattico. Queste due strutture, soprannominate “bolle di Fermi”, potrebbero essere il resto di una eruzione proveniente dal centro della Galassia alcuni milioni di anni fa.[21]
  • 17 novembre 2010: studio della Piccola Nube di Magellano. Il basso flusso gamma punta verso un valore di densità di raggi cosmici decisamente inferiore di quella registrata nella Via Lattea.[22]
  • 6 gennaio 2011: Agile e Fermi sono insieme sulla rivista Science con la scoperta della variabilità gamma dalla nebulosa del Granchio registrata nel settembre 2010.[23]
  • 10 gennaio 2011: Fermi rivela l’antimateria generata dai terrestrial gamma-ray flashes, i lampi di raggi gamma generati dalle grandi nubi temporalesche nelle zone equatoriali.[24]
  • 25 gennaio 2011: l'American Astronomical Society conferisce il premio Bruno Rossi al Team di Fermi[25]
  • 11 maggio 2011: la nebulosa del Granchio aumenta il suo flusso gamma di circa una fattore 5.[26]
  • 29 giugno 2011: Fermi osserva l’emissione di raggi gamma da un sistema binario formato dalla pulsar PSR B1259-63 e da LS 2883, una stella 24 volte più pesante del Sole. La pulsar, che ruota intorno alla stella con un periodo di 3,4 anni si è avvicinata alla stella ad una distanza inferiore di quella che separa Venere dal Sole, e si ritiene che l’emissione gamma sia provocata dall’interazione della pulsar con il disco di materia che circonda la stella.[27]
  • luglio 2011: viene reso pubblico il secondo catalogo delle sorgenti gamma rivelate da Fermi utilizzando due anni di dati. Dall’inizio della missione, il satellite ha individuato ben 1873 sorgenti. Un’enormità se paragonate a quello che era l’archivio di sorgenti di alta energia prima del suo lancio: meno di 300. Tra le sorgenti catalogate, ben un migliaio sono nuclei galattici attivi, ma nell’archivio sono presenti un centinaio di pulsar, stelle di neutroni che ruotano molto velocemente intorno al proprio asse, e numerosi resti di supernova, come la Nebulosa del Granchio.Restano però ancora da identificare quasi 600 sorgenti.[28]
  • 13 ottobre 2011: dallo studio di centinaia di galassia attive si nota una chiara correlazione tra il flusso misurato in radio e in gamma a riprova che sia l’emissione radio sia l’emissione gamma nascano dai getti di particelle relativistiche prodotte dei buchi neri superrmassivi nei centri della galassie.[29]
  • 3 novembre 2011: il conteggio delle pulsar gamma raggiunge quota 100. Sono tre le famiglie di stelle di neutroni che contribuiscono in egual misura a questo risultato accanto ai pulsar “normali”, troviamo i pulsar velocissimi (del tutto sconosciuti come sorgenti gamma prima di Fermi) ed i pulsar che non presentano emissione radio ma sono visti pulsare direttamente nei raggi gamma. Da notare che circa metà degli oggetti in catalogo NON erano noti prima del lancio di Fermi. Insieme ai radio quieti, sono stati scoperti decini di nuovi pulsar velocissimi andando a frugare con i radiotelescopi in corrispondenza di sorgenti gamma non identificate.[30]
  • 24 novembre 2011: l’emissione gamma mappata da Fermi LAT nella regione del Cigno ci permette di “vedere” per la prima volta una regione in cui giovani raggi cosmici sono travolti dai tumultuosi moti del mezzo interstellare, proprio come aveva immaginato Enrico Fermi circa sessant’anni fa.[31]
  • 14 dicembre 2011: Fermi rivela l’emissione gamma dalla Supernova di Tycho.[32]
  • 7 marzo 2012: a seguito dell’intenso brillamento registrato il 7 marzo 2012, il sole, per 1 giorno è la sorgente più brillante del cielo gamma.[33]
  • 12 marzo 2012: una delle più brillanti sorgenti ancora non identificate del catalogo Fermi si rivela essere una sorgente binaria, la prima rivelata a partire dai dati gamma.[34]
  • 25 ottobre 2012: per la prima volta si evidenzia la presenza di un pulsar velocissimo solo a partire dai dati gamma e da informazioni sulla variabilità periodica della controparte ottica. Si tratta di J1311-3433, un pulsar con periodo di appena 2,5msec all’interno del sistema binario più stretto conosciuto. La leggerissima stella compagna ci mette appena 93 minuti a completare la sua orbita. Tutto il sistema potrebbe essere contenuto all’interno del nostro Sole.[35]
  • 8 gennaio 2013: Raggi gamma emessi da una galassia lontanissima sono stati identificati dagli strumenti a bordo del satellite Fermi della NASA. Contrariamente però a quanto previsto dalle attuali teorie, la regione da cui si è originata questa intensa emissione di energia non coincide con il buco nero supermassiccio che si trova al centro della galassia, ma risulta da esso distante ben 70 anni luce.[36]
  • 14 febbraio 2013: Fermi ha confermato e arricchito quanto rilevato dal satellite AGILE: i resti di supernova accelerano protoni. Lo rivela la loro radiazione gamma.[37]
  • 27 aprile 2013: il rivelatore LAT del satellite della NASA Fermi, ha rilevato il gamma ray burst più energetico mai registrato, in una galassia distante 3,6 miliardi di anni luce, una distanza decisamente vicina rispetto ai GRB registrati in precedenza. Il fenomeno è associato ad una Supernova.[38]
  • 28 giugno 2013: viene pubblicato il catalogo delle sorgenti di raggi gamma rivelate dal LAT ad energie superiori ai 10 GeV. Il catalogo contiene oltre 500 oggetti, per lo più nuclei galattici attivi o blazar.[39]
  • 5 settembre 2013: Fermi rivela una diminuzione del flusso gamma da PSR J2021+4026, una pulsar gamma senza emissione radio che si trova nella regione del Cigno ed è simile a Geminga. Sembra così venir meno una delle caratteristiche attribuite fino a questo momento all’emissione di raggi gamma di una stella di neutroni: la sua costanza.[40]
  • 24 settembre 2013: viene pubblicato il secondo catalogo dei pulsars LAT. Contiene 117 stelle di neutroni rivelate come sorgenti pulsate di raggi gamma; di queste, 42 sono pulsar giovani osservati anche in radio, 35 sono pulsar giovani senza emissioni radio e le rimanenti 40 sono pulsars velocissimi, metà dei quali sono stati scoperti in radio osservando nuove sorgenti rivelate dal LAT ma senza identificazione ad altre lunghezze d’onda.[41]
  • novembre 2013: viene pubblicata l’enorme mole di dati raccolta dallo studio del lampo gamma GRB 130427A. Si tratta dell’evento che ha prodotto i fotoni di più alta energia mai osservati e ha brillato in raggi gamma per oltre 20 ore.[42]
  • gennaio 2014: Fermi effettua le prime osservazioni gamma di una lente gravitazionale. Un risultato importante che apre nuove strade alla ricerca, in particolare le osservazioni di regioni di emissioni vicine ai buchi neri supermassicci.[43]

Catalogo sorgenti[modifica | modifica sorgente]

  • Il catalogo AGN (Active Galactic Nuclei) di riferimento è disponibile sul sito “The Smithsonian/NASA Astrophysics Data System”[44]
  • Il catalogo pulsar di riferimento è disponibile sul sito “The Smithsonian/NASA Astrophysics Data System” [45]
  • Il catalogo delle sorgenti rivelate ad energie superiori a 10 GeV di riferimento è disponibile sul sito “The Smithsonian/NASA Astrophysics Data System”[46]

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Partito il telescopio spaziale Glast
  2. ^ Renames Observatory for Fermi, Reveals Entire Gamma-Ray Sky
  3. ^ a b Sito divulgativo INAF-IASF Milano - Astronomia gamma
  4. ^ GLAST/Fermi
  5. ^ The Energetic Gamma Ray Experiment Telescope (EGRET)
  6. ^ La missione GLAST - iasf-milano.inaf.it, 31 gennaio 2014.
  7. ^ Fermi Science Support Center
  8. ^ Fermi Telescope Discovers First Gamma-Ray-Only Pulsar
  9. ^ NASA'S Fermi Telescope Unveils a Dozen New Pulsars
  10. ^ NASA's Fermi Telescope Sees Most Extreme Gamma-ray Blast Yet
  11. ^ Fermi's Best-Ever Look at the Gamma-Ray Sky
  12. ^ NASA's Fermi Explores High-energy "Space Invaders"
  13. ^ NASA's Fermi Telescope Probes Dozens of Pulsars
  14. ^ L’indigestione di un buco nero
  15. ^ Le pulsar di Fermi nella top ten di Science
  16. ^ Le vedove nere del satellite Fermi
  17. ^ Fermi dà ragione a Fermi
  18. ^ Cavatappi cosmici
  19. ^ Centaurus A, il superacceleratore cosmico
  20. ^ Raggi Gamma dal sapore antico
  21. ^ NASA's Fermi Telescope Finds Giant Structure in our Galaxy
  22. ^ La Piccola Nube di Magellano sotto la lente di Fermi
  23. ^ L’uno/due di AGILE e Fermi
  24. ^ L’antimateria sopra la tempesta
  25. ^ Al Team LAT di Fermi il premio Bruno Rossi
  26. ^ Intense Emissioni
  27. ^ 'Odd Couple' Binary Makes Dual Gamma-ray Flares
  28. ^ Ecco il nuovo cielo di Fermi
  29. ^ La doppia faccia degli AGN
  30. ^ Una giovane pulsar per Fermi
  31. ^ Giovani raggi cosmici nel “bozzolo”
  32. ^ Il segreto dei raggi cosmici
  33. ^ Le tempeste solari di FERMI
  34. ^ Fermi rileva binaria con i raggi gamma
  35. ^ Doppia “prima” per Fermi
  36. ^ Quel blob che non t’aspetti
  37. ^ Un brillante ping pong
  38. ^ Così luminoso e così vicino
  39. ^ Il cielo visto da Fermi
  40. ^ Quando la costanza viene meno
  41. ^ Il Secondo Catalogo dei Pulsars LAT
  42. ^ Quel mostro di lampo gamma
  43. ^ Raggi gamma per lente gravitazionale
  44. ^ The Second Catalog of Active Galactic Nuclei Detected by the Fermi Large Area Telescope
  45. ^ The Second Fermi Large Area Telescope Catalog of Gamma-Ray Pulsars
  46. ^ The First Fermi-LAT Catalog of Sources Above 10 GeV

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Altri progetti[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]