Explorador 11

La instrumentación para el experimento del detector Cherenkov de sándwich de cristal Explorer 11 fue la misma que la utilizada para el experimento del telescopio de rayos gamma. El experimento de rayos gamma fue diseñado por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) principalmente para detectar rayos gamma cósmicos mayores de 50 MeV . Los datos de partículas cargadas se recopilaron utilizando el mismo instrumento. Este telescopio se utilizó para determinar la intensidad y la distribución del ángulo de paso de los protones atrapados geomagnéticamente . El telescopio consistía en un escudo plástico de anticoincidencia, capas de cristales de yoduro de sodio (NaI) y yoduro de cesio (CsI), y un detector Cherenkov cilíndrico. Cuando se eliminó el requisito de anticoincidencia del escudo centelleador plástico, la información de partículas cargadas fue registrada por los tres contadores. Además, se registraron las coincidencias de partículas cargadas entre el sándwich de cristal y los detectores Cherenkov. En este modo, se obtuvo información direccional. El factor de área de ángulo sólido del telescopio fue de aproximadamente 4,3 cm² (0,67 pulgadas ^cuadradas ) . La dirección de observación del telescopio era idéntica al eje de simetría de la nave espacial. Para un haz incidente paralelo a la dirección de observación del telescopio, la eficiencia de detección cayó a 0 a 15° de esta dirección. Los umbrales de energía para cada detector fueron los siguientes: (1) plástico centelleador (parte superior), electrones -350 keV, protones -3,5 MeV, (2) plástico centelleador (parte inferior), electrones -400 keV, protones -35 MeV, (3) sándwich de cristal, electrones -400 keV, protones -75 MeV, y (4) Cherenkov, electrones -15 MeV, protones -350 MeV. El tiempo de acumulación para los datos de partículas cargadas fue de aproximadamente 30 segundos. Un único circuito de escalado en Explorer 11 permitió monitorizar un canal a la vez. Durante los 7 meses en que el instrumento estuvo encendido y funcionando en órbita, solo 141 horas (3%) se consideraron tiempo de observación útil. Durante este tiempo, se monitorizó el telescopio en busca de rayos gamma y partículas cargadas. ^{[ 4 ]}   

Este experimento se diseñó para buscar rayos gamma de alta energía (superiores a 50 MeV ) procedentes de la esfera celeste . El esquema básico del detector consistía en un sándwich de cristales centelleadores de NaI y CsI (20 g/cm² ⁾ , observado por un único fotomultiplicador , y un contador Cherenkov de Lucita, observado por dos fotomultiplicadores. Estaba completamente rodeado por un escudo de plástico centelleador observado por cinco fotomultiplicadores. El detector sándwich proporcionaba material de alto número atómico para el proceso de producción de pares, es decir, los rayos gamma energéticos se convertían en pares electrón - positrón . Los electrones y positrones entraban entonces en el contador Cherenkov, que detectaba las partículas que atravesaban su volumen únicamente en sentido descendente. Las señales eléctricas simultáneas de sus dos fotomultiplicadores indicaban que una o más partículas cargadas habían atravesado el telescopio. Las señales, o la ausencia de señales, del escudo de plástico circundante en el instante en que se activaba el telescopio indicaban si la activación se debía a una partícula neutra o cargada. Además, los componentes "final" y "total" de las señales del fotomultiplicador que observaba el detector tipo sándwich proporcionaron un método para distinguir los eventos inducidos por neutrones y rayos gamma. El experimento se desarrolló con normalidad desde su lanzamiento hasta el 17 de noviembre de 1961. ^{[ 5 ]}

El telescopio Explorer 11, desarrollado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), utilizaba una combinación de un detector de centelleo tipo sándwich y un contador Cherenkov para medir las direcciones de llegada y las energías de los rayos gamma de alta energía. Dado que el telescopio no podía orientarse, la nave espacial se puso en rotación lenta para explorar la esfera celeste. Debido a una órbita más alta de lo previsto, que llevó a la nave espacial a la radiación del cinturón de radiación de Van Allen , que interfería con los detectores , y a un fallo prematuro de la grabadora de cinta a bordo, solo se pudieron obtener 141 horas de tiempo de observación útil de los aproximadamente 7 meses durante los cuales el instrumento estuvo en funcionamiento. Durante este tiempo, se registraron treinta y un eventos de "firma de rayos gamma" cuando el telescopio apuntaba en direcciones alejadas de la atmósfera terrestre , que es una fuente relativamente brillante de rayos gamma producidos por las interacciones de los protones de rayos cósmicos ordinarios con los átomos del aire. La distribución celeste de las treinta y una direcciones de llegada no mostró una correlación estadísticamente significativa con la dirección de ninguna fuente cósmica potencial. Al no existir dicha correlación, no se pudo determinar si la causa de los treinta y un eventos eran rayos gamma de origen cósmico. Por lo tanto, los resultados del experimento se reportaron como límites superiores significativamente inferiores a los obtenidos en experimentos previos con globos aerostáticos.

Un telescopio de rayos gamma mejorado, también desarrollado en el MIT, fue instalado a bordo del Observatorio Solar Orbital 3 ( OSO 3 ), lanzado en 1967. Este telescopio logró la primera observación definitiva de rayos gamma cósmicos de alta energía provenientes de fuentes galácticas y extragalácticas. Experimentos posteriores, tanto en órbita como en tierra, han identificado numerosas fuentes discretas de rayos gamma cósmicos en nuestra galaxia y más allá.