Telescopio espacial de rayos gamma Fermi

El 4 de marzo de 2008, la nave espacial llegó a las instalaciones de procesamiento de carga útil de Astrotech en Titusville, Florida . ^{[ 33 ]} El 4 de junio de 2008, después de varios retrasos previos, el estado de lanzamiento se reprogramó para el 11 de junio como muy pronto, ^{[ 34 ] [ 35 ]} los últimos retrasos resultaron de la necesidad de reemplazar las baterías del Sistema de Terminación de Vuelo. ^{[ 36 ]} La ventana de lanzamiento se extendió desde las 15:45 hasta las 17:40  UTC diariamente, hasta el 7 de agosto de 2008. ^{[ 36 ]}

El lanzamiento se realizó con éxito el 11 de junio de 2008 a las 16:05  UTC a bordo de un cohete Delta 7920H-10C desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 17-B de la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral . La separación de la nave espacial tuvo lugar aproximadamente 75 minutos después del lanzamiento.

Fermi reside en una órbita circular baja de la Tierra a una altitud de 550 km (340 mi) y con una inclinación de 28,5 grados. ^{[ 37 ]}  

GLAST sufrió algunas modificaciones menores en su software informático el 23 de junio de 2008.

Los ordenadores que controlan tanto el LAT como el GBM, así como la mayoría de los componentes del LAT, se pusieron en marcha el 24 de junio de 2008. El LAT se activó el 25 de junio y comenzó a detectar partículas de alta energía procedentes del espacio, aunque aún se necesitaban pequeños ajustes para calibrar el instrumento. El GBM también se activó el 25 de junio, pero aún requería una semana más de pruebas y calibraciones antes de comenzar la búsqueda de estallidos de rayos gamma.

Después de presentar una descripción general de la instrumentación y los objetivos de Fermi, Jennifer Carson del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC concluyó que los objetivos principales eran "todos alcanzables con el modo de observación de escaneo de todo el cielo". ^{[ 38 ]} Fermi cambió al "modo de exploración del cielo" el 26 de junio de 2008 para comenzar a barrer su campo de visión sobre todo el cielo cada tres horas (cada dos órbitas).

El 30 de abril de 2013, la NASA reveló que el telescopio había evitado por poco una colisión un año antes con el satélite espía soviético Kosmos 1805 , fuera de servicio durante la Guerra Fría, en abril de 2012. Las predicciones orbitales de varios días antes indicaban que se esperaba que ambos satélites ocuparan el mismo punto en el espacio con una diferencia de 30 milisegundos. El 3 de abril, los operadores del telescopio decidieron retraer la antena parabólica de alta ganancia del satélite, girar los paneles solares para apartarlos y encender los propulsores del Fermi durante un segundo para alejarlo. Aunque los propulsores habían estado inactivos desde que el telescopio fue puesto en órbita casi cinco años antes, funcionaron correctamente y, por lo tanto, se evitó un posible desastre. ^{[ 39 ]}

En agosto de 2013, Fermi inició la extensión de su misión por 5 años. ^{[ 40 ]}

En junio de 2015, la Colaboración Fermi LAT publicó los "datos LAT de la pasada 8". ^{[ 41 ]} Las iteraciones del marco de análisis utilizado por LAT se denominan "pasadas" y, en su lanzamiento, los datos de Fermi LAT se analizaron utilizando la pasada 6. En la pasada 7, que se presentó en agosto de 2011, se incluyeron mejoras significativas a la pasada 6.

Cada detección del Fermi LAT desde su lanzamiento fue reexaminada con las herramientas más recientes para comprender cómo el detector LAT respondió tanto a cada evento como al fondo . Esta mejor comprensión condujo a dos mejoras importantes: se detectaron rayos gamma que habían pasado desapercibidos en análisis anteriores y se determinó con mayor precisión la dirección de donde provenían. ^{[ 42 ]} El impacto de esto último es agudizar la visión del Fermi LAT, como se ilustra en la figura de la derecha. El Pass 8 también proporciona mejores mediciones de energía y un área efectiva significativamente mayor. Se reprocesó todo el conjunto de datos de la misión.

Estas mejoras tienen el mayor impacto tanto en los extremos inferiores como superiores del rango de energía que Fermi LAT puede detectar, ampliando así el rango de energía dentro del cual LAT puede realizar observaciones útiles. La mejora en el rendimiento de Fermi LAT gracias a Pass 8 es tan drástica que esta actualización de software a veces se denomina la actualización de satélite más barata de la historia. Entre numerosos avances, permitió una mejor búsqueda de líneas espectrales galácticas provenientes de interacciones de materia oscura, ^{[ 43 ]} el análisis de remanentes de supernovas extendidas, ^{[ 44 ]} y la búsqueda de fuentes extendidas en el plano galáctico. ^{[ 45 ]}

Para casi todas las clases de eventos, la versión P8R2 presentaba un fondo residual que no era completamente isotrópico. Esta anisotropía se atribuyó a la fuga de electrones de rayos cósmicos a través de las cintas del Detector de Anticoincidencia, y una serie de criterios de selección permitieron rechazar estos eventos con un impacto mínimo en la aceptación. Esta selección se utilizó para crear la versión P8R3 de los datos del LAT. ^{[ 46 ]}

El 16 de marzo de 2018, uno de los paneles solares de Fermi dejó de girar, lo que provocó la transición al modo de "espera" y el apagado del instrumento. Los paneles solares de Fermi incluyen un motor que los hace girar para maximizar su exposición al Sol. Tras una investigación, se determinó que el motor que impulsaba esta rotación dejó de funcionar. El 27 de marzo, el satélite se colocó en un ángulo fijo con respecto a su órbita para maximizar la energía solar. Al día siguiente, se volvió a encender el instrumento GBM. El 2 de abril, los operadores encendieron el LAT, que reanudó sus operaciones el 8 de abril. Se desarrollaron estrategias de observación alternativas para continuar la recopilación de datos ante los cambios en los requisitos de energía y térmicos. ^{[ 47 ]} Como resultado de la falla, el satélite opera ahora casi exclusivamente en "modo de exploración". Antes de la falla, solía utilizar el reajuste autónomo para monitorear la ubicación de un GRB. ^{[ 48 ]}

Esta fue la primera avería mecánica en casi 10 años.

A partir de 2018, LAT sufrió interrupciones ocasionales que duraban entre unas pocas horas y varios días. ^{[ 49 ]}

Como parte de la solicitud de presupuesto del presidente para el año fiscal 2026, el presidente Trump solicitó la cancelación de la misión Fermi y eliminó su presupuesto a partir del año 2026 "dadas prioridades más altas dentro de la agencia"; sin embargo, se financió completamente para ese año. ^{[ 50 ]} En su solicitud de presupuesto para 2027, Trump volvió a eliminar el programa. ^{[ 51 ]}

El primer gran descubrimiento se produjo cuando el telescopio espacial detectó un púlsar en el remanente de supernova CTA 1 que parecía emitir radiación solo en las bandas de rayos gamma , el primero de su tipo. ^{[ 52 ]} Este nuevo púlsar barre la Tierra cada 316,86 milisegundos y se encuentra a unos 4600 años luz de distancia. ^{[ 53 ]}

En septiembre de 2008, el telescopio Fermi registró el estallido de rayos gamma GRB 080916C en la constelación de Carina . Este estallido es notable por tener "la mayor liberación de energía aparente medida hasta la fecha". ^{[ 54 ]} La explosión tuvo la potencia de unas 9000 supernovas ordinarias, y el chorro relativista de material eyectado en la explosión debió moverse a un mínimo del 99,9999 % de la velocidad de la luz . En general, GRB 080916C tuvo "la mayor energía total, los movimientos más rápidos y las mayores emisiones de energía inicial" jamás observadas. ^{[ 55 ]}

En 2009, se detectó un excedente de rayos gamma proveniente de una región esférica alrededor del centro galáctico de la Vía Láctea en datos del telescopio Fermi. Este fenómeno se conoce ahora como el exceso de GeV del centro galáctico . Se desconoce el origen de este excedente. Entre las posibles explicaciones se incluyen la autoaniquilación de materia oscura o una población de púlsares. ^{[ 56 ]}

En febrero de 2010, ^{[ 57 ]} se anunció que Fermi-LAT había determinado que los remanentes de supernovas actúan como enormes aceleradores de partículas cósmicas . Esta determinación cumple una de las misiones declaradas para este proyecto. ^{[ 58 ]}

En marzo de 2010 se anunció que los núcleos galácticos activos no son responsables de la mayor parte de la radiación de fondo de rayos gamma. ^{[ 59 ]} Aunque los núcleos galácticos activos producen parte de la radiación de rayos gamma detectada aquí en la Tierra, menos del 30% se origina en estas fuentes. La búsqueda ahora es localizar las fuentes del 70% restante de todos los rayos gamma detectados. Las posibilidades incluyen galaxias formadoras de estrellas , fusiones galácticas e interacciones de materia oscura aún por explicar .

Burbujas galácticas de rayos gamma y rayos X

Burbujas de rayos gamma y rayos X en el centro de la Vía Láctea: Arriba: ilustración; Abajo: vídeo.

En noviembre de 2010, se anunció la detección de dos burbujas emisoras de rayos gamma y rayos X alrededor de nuestra galaxia, la Vía Láctea. ^{[ 60 ]} Estas burbujas, denominadas burbujas de Fermi , se extienden a unos 25 mil años luz por encima y por debajo del centro galáctico. ^{[ 60 ]} La densa niebla de rayos gamma de la galaxia dificultó las observaciones previas, pero el equipo de descubrimiento, liderado por D. Finkbeiner y basándose en la investigación de G. Dobler, logró superar este problema. ^{[ 60 ]}

A principios de 2012, Fermi/GLAST observó la luz de mayor energía jamás vista en una erupción solar. ^{[ 61 ]}

En el punto álgido de la erupción, el LAT detectó rayos gamma con dos mil millones de veces la energía de la luz visible, o unos cuatro mil millones de electronvoltios (GeV), estableciendo fácilmente un récord para la luz de mayor energía jamás detectada durante o inmediatamente después de una erupción solar.

El telescopio Fermi ha observado y detectado numerosos destellos de rayos gamma terrestres y ha descubierto que dichos destellos pueden producir 100 billones de positrones, mucho más de lo que los científicos habían esperado anteriormente. ^{[ 62 ]}

El 27 de abril de 2013, Fermi detectó GRB 130427A , un estallido de rayos gamma con una de las mayores energías registradas hasta la fecha. ^{[ 63 ]} Esto incluyó la detección de un rayo gamma de más de 94 mil millones de electronvoltios (GeV). ^{[ 63 ]} Esto rompió el récord de detección anterior de Fermi, por más del triple. ^{[ 63 ]}

Fermi informó que su instrumento GBM detectó una débil ráfaga de rayos gamma por encima de 50 keV, que comenzó 0,4 segundos después del evento LIGO y con una región de incertidumbre posicional que se superponía a la de la observación LIGO. El equipo de Fermi calculó que las probabilidades de que tal evento fuera el resultado de una coincidencia o ruido eran del 0,22 %. ^{[ 65 ]} Sin embargo, las observaciones del instrumento SPI-ACS de cielo completo del telescopio INTEGRAL indicaron que cualquier emisión de energía en rayos gamma y rayos X duros del evento era menos de una millonésima parte de la energía emitida como ondas gravitacionales, concluyendo que "este límite excluye la posibilidad de que el evento esté asociado con una radiación de rayos gamma sustancial, dirigida hacia el observador". Si la señal observada por el GBM de Fermi estuviera asociada con GW150914, SPI-ACS la habría detectado con una significancia de 15 sigma por encima del fondo. ^{[ 66 ]} El telescopio espacial AGILE tampoco detectó una contraparte de rayos gamma del evento. ^{[ 67 ]} Un análisis de seguimiento del informe Fermi realizado por un grupo independiente, publicado en junio de 2016, pretendió identificar fallos estadísticos en el análisis inicial, concluyendo que la observación era consistente con una fluctuación estadística o un transitorio del albedo terrestre en una escala de tiempo de 1 segundo. ^{[ 68 ] [ 69 ]} Sin embargo, una refutación de este análisis de seguimiento señaló que el grupo independiente tergiversó el análisis del artículo original del equipo Fermi GBM y, por lo tanto, malinterpretó los resultados del análisis original. La refutación reafirmó que la probabilidad de coincidencia falsa se calcula empíricamente y no es refutada por el análisis independiente. ^{[ 70 ] [ 71 ]}

En octubre de 2018, los astrónomos informaron que GRB 150101B , a 1700 millones de años luz de la Tierra, podría ser análogo al histórico GW170817 . Fue detectado el 1 de enero de 2015 a las 15:23:35 UT por el Monitor de Estallidos de Rayos Gamma a bordo del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi, junto con detecciones del Telescopio de Alerta de Estallidos (BAT) a bordo del Satélite Observatorio Swift . ^{[ 72 ]}

No se espera que las fusiones de agujeros negros del tipo que se cree que produjo el evento de ondas gravitacionales produzcan estallidos de rayos gamma, ya que no se espera que los sistemas binarios de agujeros negros de masa estelar tengan grandes cantidades de materia en órbita. Avi Loeb ha teorizado que si una estrella masiva está girando rápidamente, la fuerza centrífuga producida durante su colapso conducirá a la formación de una barra giratoria que se rompe en dos cúmulos densos de materia con una configuración de mancuerna que se convierte en un sistema binario de agujeros negros, y al final del colapso de la estrella desencadena un estallido de rayos gamma. ^{[ 73 ] [ 74 ]} Loeb sugiere que el retraso de 0,4 segundos es el tiempo que tardó el estallido de rayos gamma en cruzar la estrella, en relación con las ondas gravitacionales. ^{[ 74 ] [ 75 ]}

El 17 de agosto de 2017, el software Fermi Gamma-Ray Burst Monitor detectó, clasificó y localizó un estallido de rayos gamma que posteriormente se denominó GRB 170817A. Seis minutos después, un detector único en Hanford LIGO registró una posible onda gravitacional compatible con la fusión de un sistema binario de estrellas de neutrones , ocurrida 2 segundos antes del evento GRB 170817A. Esta observación constituyó "la primera detección conjunta de radiación gravitacional y electromagnética procedente de una única fuente ". ^{[ 76 ]}

El Monitor de Estallidos de Rayos Gamma (GBM) (anteriormente Monitor de Estallidos GLAST) detecta destellos repentinos de rayos gamma producidos por estallidos de rayos gamma y erupciones solares . Sus centelleadores están en los laterales de la nave espacial para observar todo el cielo que no está bloqueado por la Tierra. El diseño está optimizado para una buena resolución en el tiempo y la energía de los fotones, y es sensible desde8 keV  ( rayos X de energía media ) a40 MeV  (un rayo gamma de energía media ).

«Los estallidos de rayos gamma son tan brillantes que podemos verlos desde miles de millones de años luz de distancia, lo que significa que ocurrieron hace miles de millones de años y los vemos tal como se veían entonces», afirmó Charles Meegan del Centro de Vuelos Espaciales Marshall de la NASA . ^{[ 77 ]}

El Monitor de Estallidos de Rayos Gamma ha detectado rayos gamma provenientes de positrones generados en tormentas eléctricas intensas. ^{[ 62 ]}

El Telescopio de Gran Área (LAT) detecta rayos gamma individuales utilizando tecnología similar a la empleada en los aceleradores de partículas terrestres . Los fotones impactan láminas metálicas delgadas, convirtiéndose en pares electrón - positrón mediante un proceso denominado producción de pares . Estas partículas cargadas atraviesan capas intercaladas de detectores de microtiras de silicio , provocando ionización que produce pequeños pulsos detectables de carga eléctrica. Los investigadores pueden combinar la información de varias capas de este detector para determinar la trayectoria de las partículas. Tras pasar por el detector, las partículas entran en el calorímetro , que consiste en una pila de cristales centelleadores de yoduro de cesio para medir la energía total de las partículas. El campo de visión del LAT es amplio, aproximadamente el 20% del cielo. La resolución de sus imágenes es modesta para los estándares astronómicos: unos pocos minutos de arco para los fotones de mayor energía y unos 3 grados a 100 MeV . Es sensible desde20 MeV  a300 GeV  (desde rayos gamma de energía media hasta algunos de muy alta energía ). El LAT es un sucesor más grande y mejor del instrumento EGRET del satélite Observatorio de Rayos Gamma Compton de la NASA en la década de 1990. Varios países fabricaron los componentes del LAT, que luego se enviaron para su ensamblaje al Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC . SLAC también alberga el Centro de Operaciones Científicas del Instrumento LAT, que brinda soporte a la operación del LAT durante la misión Fermi para la colaboración científica del LAT y para la NASA.