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Articulo de referencia

Observatorio Swift de Neil Gehrels

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El Observatorio Swift de Neil Gehrels , anteriormente llamado Explorador de Estallidos de Rayos Gamma Swift , es un observatorio espacial de la NASA con tres instrumentos para estudiar los estallidos de rayos gamma (GRB) y monitorear el resplandor posterior en rayos X y luz ultravioleta/visible en la ubicación de un estallido. [ 5 ] Fue lanzado el 20 de noviembre de 2004, a bordo de un vehículo de lanzamiento Delta II . [ 4 ] Dirigida por el investigador principal Neil Gehrels hasta su muerte en febrero de 2017, la misión fue desarrollada en una asociación conjunta entre el Centro de Vuelo Espacial Goddard (GSFC) y un consorcio internacional de Estados Unidos, Reino Unido e Italia.

La tasa de detección de ráfagas es de 100 por año, con una sensibilidad aproximadamente 3 veces mayor que la del detector BATSE a bordo del Observatorio de Rayos Gamma Compton . La misión Swift se lanzó con una vida útil nominal en órbita de dos años. Swift es una misión MIDEX (Explorador de clase media) de la NASA, operada por la Universidad Estatal de Pensilvania . Fue la tercera en ser lanzada, después de IMAGE y WMAP . [ 5 ]

Swift fue diseñado para estudiar estallidos de rayos gamma, pero posteriormente se utilizó como observatorio multiespectral de propósito general, especialmente para el seguimiento y la caracterización rápidos de transitorios astrofísicos de todo tipo. En 2020, Swift recibió 5,5 propuestas de observación de Objetivos de Oportunidad por día y observó, en promedio, unos 70 objetivos por día. [ 6 ]

En 2026, la órbita de Swift había estado descendiendo, principalmente en los dos años anteriores, debido a que un aumento en la actividad solar había expandido la atmósfera terrestre lo suficiente como para frenar a Swift por la resistencia atmosférica. El 3 de julio de 2026 se lanzó una misión para elevar a Swift a una órbita más alta y evitar que cayera a la Tierra. [ 7 ]

Descripción general

Swift es un observatorio espacial multiespectral dedicado originalmente al estudio de los estallidos de rayos gamma . Sus tres instrumentos trabajan conjuntamente para observar los GRB y sus remanentes en las bandas de rayos gamma , rayos X , ultravioleta y óptica .

Basándose en escaneos continuos del área del cielo con uno de los monitores del instrumento, Swift utiliza ruedas de inercia para orientarse de forma autónoma hacia posibles GRB. El nombre "Swift" no es un acrónimo relacionado con la misión, sino una referencia a la rápida capacidad de orientación del instrumento y al ágil vencejo (ave del mismo nombre). [ 8 ] Todos los descubrimientos de Swift se transmiten a tierra y esos datos están disponibles para otros observatorios que se unen a Swift en la observación de los GRB.

En el tiempo que transcurre entre los estallidos de rayos gamma, Swift está disponible para otras investigaciones científicas, y los científicos de universidades y otras organizaciones pueden presentar propuestas para realizar observaciones.

El Centro de Operaciones de la Misión Swift (MOC), donde se realiza el control del satélite, está ubicado en State College, Pensilvania , y es operado por la Universidad Estatal de Pensilvania y subcontratistas de la industria. La estación terrestre principal de Swift está ubicada en el Centro Espacial Broglio, cerca de Malindi , en la costa oriental de Kenia , y es operada por la Agencia Espacial Italiana (ASI). El Centro de Datos Científicos (SDC) y el archivo de Swift están ubicados en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard, en las afueras de Washington, D.C. El Centro de Datos Científicos de Swift del Reino Unido está ubicado en la Universidad de Leicester .

El autobús satelital Swift fue construido por Spectrum Astro , que posteriormente fue adquirido por General Dynamics Advanced Information Systems , [ 9 ] que a su vez fue adquirido por Orbital Sciences Corporation (ahora Northrop Grumman Innovation Systems ).

Instrumentos

Telescopio de alerta de ráfagas (BAT)

Diagrama del telescopio de alerta de ráfaga

El BAT detecta eventos GRB y calcula sus coordenadas en el cielo. Cubre una gran fracción del cielo (más de un estereorradián completamente codificado, tres estereorradianes parcialmente codificados; en comparación, el ángulo sólido del cielo completo es de 4π o aproximadamente 12,6 estereorradianes). Localiza la posición de cada evento con una precisión de 1 a 4 minutos de arco en 15 segundos . Esta posición aproximada se transmite inmediatamente a tierra, y algunos telescopios terrestres de campo amplio y giro rápido pueden captar el GRB con esta información. El BAT utiliza una máscara de apertura codificada de 52 000 baldosas de plomo de 5 mm (0,20 pulg.) colocadas aleatoriamente, a 1 m (3 pies 3 pulg.) por encima de un plano detector de 32 768 baldosas detectoras de rayos X duros de telururo de cadmio y zinc (CdZnTe) de 4 mm (0,16 pulg.) ; está diseñado específicamente para Swift. Rango de energía: 15–150 keV . [ 10 ]       

Telescopio de rayos X (XRT)

Rápido antes del lanzamiento

El XRT [ 11 ] puede tomar imágenes y realizar análisis espectrales del resplandor posterior de los GRB. Esto proporciona una ubicación más precisa de los GRB, con un círculo de error típico de aproximadamente 2 segundos de arco de radio. El XRT también se utiliza para realizar un monitoreo a largo plazo de las curvas de luz del resplandor posterior de los GRB durante días o semanas después del evento, dependiendo del brillo del resplandor. El XRT utiliza un telescopio de rayos X Wolter Tipo I con 12 espejos anidados, enfocados en un único dispositivo de carga acoplada (CCD) MOS similar a los utilizados por las cámaras EPIC MOS del XMM-Newton . El software a bordo permite observaciones totalmente automatizadas, con el instrumento seleccionando un modo de observación apropiado para cada objeto, en función de su tasa de conteo medida. El telescopio tiene un rango de energía de 0,2 a 10 keV. [ 12 ]

Telescopio ultravioleta/óptico (UVOT)

Imagen de " primera luz " de UVOT

Después de que Swift se haya orientado hacia un GRB, el UVOT se utiliza para detectar un resplandor óptico posterior. El UVOT proporciona una posición con una precisión de subarcosegundos y fotometría óptica y ultravioleta mediante filtros lenticulares y espectros de baja resolución (170–650  nm) gracias al uso de sus grismas ópticas y UV . El UVOT también se utiliza para realizar seguimientos a largo plazo de las curvas de luz del resplandor posterior de los GRB. El UVOT se basa en el instrumento Monitor Óptico (OM) del XMM-Newton , con óptica mejorada y ordenadores de procesamiento a bordo actualizados. [ 13 ]

On 9 November 2011, UVOT photographed the asteroid 2005 YU55 as the asteroid made a close flyby of the Earth.[14]

On 3 June 2013, UVOT unveiled a massive ultraviolet survey of the nearby Magellanic Clouds.[15]

In August 2017, UVOT imaged UV emissions from gravitational wave event GW170817 detected by LIGO & Virgo detectors.[16][17]

Experiments

A model of the satellite

Burst Alert Telescope (BAT)

BAT (Burst Alert Telescope) is a gamma ray telescope, built by NASA's Goddard Space Flight Center, uses a coded aperture to locate the source. The software to locate the source is provided by the Los Alamos National Laboratory (LANL). The CdZnTe detector of 5,200 cm2 (810 sq in) area, consisting of 32,500 units of 4 × 4 × 2 mm (0.157 × 0.157 × 0.079 in), can pin-point the location of sources within 1.4 arcminutes. The energy range is 15–150 keV.[18]

Ultraviolet/Optical Telescope (UVOT)

UVOT (Ultraviolet/Optical Telescope) monitors the afterglow in ultraviolet and visible light, and locates the source at an accuracy of one arcsecond. Its aperture is 30 cm (12 in), with an f-number equal to 12.7, and is backed by 2048 x 2048 photon counting CCD pixels. The source location accuracy is better than one arcsecond.[19]

X-Ray Telescope (XRT)

XRT (X-Ray Telescope) aims at the source more accurately, and monitors the afterglow in X-rays. It was built jointly by the Pennsylvania State University (PSU), the Brera Astronomical Observatory, Italy, and the University of Leicester, United Kingdom. It has a detector of area 135 cm2 (20.9 sq in) consisting of 600 x 600 pixels, and covers the energy range of 0.2–10 keV. It can locate the afterglow source at an accuracy of four arcseconds.[20]

Mission goals

The Swift mission has four key scientific objectives:

  • To determine the origin of GRBs. There seem to be at least two types of GRBs, only one of which can be explained with a hypernova, creating a gamma-ray beam. More data is needed to explore other explanations
  • Utilizar los GRB para ampliar la comprensión del universo joven . Los GRB parecen tener lugar a "distancias cosmológicas" de muchos millones o miles de millones de años luz , lo que significa que pueden utilizarse para sondear el cosmos distante y, por lo tanto, joven.
  • Realizar un estudio de todo el cielo que será más sensible que cualquiera anterior y que contribuirá significativamente al conocimiento científico de las fuentes astronómicas de rayos X; por lo tanto, también podría arrojar resultados inesperados.
  • Para servir como plataforma de observatorio de rayos gamma/rayos X/óptico de propósito general, realizando observaciones rápidas de "objetivos de oportunidad" de muchos fenómenos astrofísicos transitorios, como supernovas.

Historia de la misión

Animación de la órbita del Observatorio Swift alrededor de la Tierra; la Tierra no aparece en la imagen.

Swift fue lanzado el 20 de noviembre de 2004 a las 17:16:01 UTC a bordo de un Delta II 7320-10C desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral y alcanzó una órbita casi perfecta de 585 × 604 km (364 × 375 mi) de altitud , con una inclinación de 20,60°. [ 4 ]      

Lanzamiento del cohete Delta II que transportaba el Observatorio Swift.

El 4 de diciembre de 2004, se produjo una anomalía durante la activación del instrumento: la fuente de alimentación del enfriador termoeléctrico (TEC) del telescopio de rayos X no se encendió como se esperaba. El equipo del telescopio de rayos X de la Universidad de Leicester y la Universidad Estatal de Pensilvania pudo determinar el 8 de diciembre de 2004 que el telescopio sería utilizable incluso sin el funcionamiento del TEC. Las pruebas adicionales realizadas el 16 de diciembre de 2004 no aportaron más información sobre la causa de la anomalía.

El 17 de diciembre de 2004 a las 07:28:30 UTC, el Telescopio de Alerta de Estallidos Swift (BAT) detectó y localizó a bordo un aparente estallido de rayos gamma durante el lanzamiento y las primeras operaciones. [ 21 ] La nave espacial no se orientó de forma autónoma hacia el estallido, ya que la operación normal aún no había comenzado y la orientación autónoma aún no estaba habilitada. Swift tuvo su primer disparo de GRB durante un período en el que la orientación autónoma estaba habilitada, el 17 de enero de 2005, alrededor de las 12:55 UTC. Apuntó el telescopio XRT a las coordenadas calculadas a bordo y observó una fuente brillante de rayos X en el campo de visión. [ 22 ]

El 1 de febrero de 2005, el equipo de la misión publicó la primera imagen captada por el instrumento UVOT y declaró que Swift estaba operativo.

Para mayo de 2010, Swift había detectado más de 500 GRB. [ 23 ] Para octubre de 2013, Swift había detectado más de 800 GRB. [ 24 ]

El 27 de octubre de 2015, Swift detectó su GRB número 1000, un evento denominado GRB 151027B y ubicado en la constelación de Eridanus . [ 25 ]

El 10 de enero de 2018, la NASA anunció que la nave espacial Swift había sido rebautizada como Observatorio Swift Neil Gehrels en honor al investigador principal de la misión, Neil Gehrels , quien falleció a principios de 2017. [ 26 ] [ 27 ]

Swift entró en modo seguro el 15 de marzo de 2024 (tras el fallo del segundo de sus cuatro giroscopios) y no realizó investigaciones científicas. En abril de 2024 se desarrolló, transmitió y probó un parche de software para el modo de dos giroscopios, momento en el que Swift volvió a sus operaciones normales. [ 28 ]

misión de impulso orbital

En septiembre de 2025, la NASA anunció que, debido a la disminución natural de su órbita, exacerbada por el aumento de la actividad solar, era necesario elevar la órbita de Swift. Sin esto, se prevé que Swift caiga por debajo de los 300 km (190 millas) en octubre y que salga de órbita poco después. La NASA adjudicó un contrato de 30 millones de dólares a la empresa privada Katalyst Space Technologies, con sede en Arizona, para realizar la elevación en 2026. [ 29 ] Katalyst anunció que utilizaría una nave espacial lanzada a bordo de un cohete Northrop Grumman Pegasus XL a mediados de 2026. [ 30 ]  

La nave espacial de servicio robótico LINK, diseñada y construida por Katalyst para capturar e impulsar el Observatorio Swift, llegó a las instalaciones de vuelo Wallops de la NASA en Virginia el 5 de junio de 2026. [ 31 ] Después de la integración de la nave espacial LINK con un cohete lanzado desde el aire Pegasus XL, el cohete fue acoplado debajo de Stargazer , un Lockheed L-1011 modificado , para su lanzamiento desde el Campo de Pruebas Espaciales y de Misiles Ronald Reagan en el atolón Kwajalein en el Pacífico Sur. [ 32 ] [ 31 ] [ 33 ] La misión fue lanzada el 3 de julio de 2026, [ 34 ] para someterse a algunas semanas de pruebas en órbita antes del encuentro con Swift. [ 32 ]

Detecciones destacadas

GRB 080319B , uno de los eventos astronómicos más brillantes jamás detectados, fue observado en rayos X y luz visible/ultravioleta.
GRB 151027B, la ráfaga de rayos gamma número 1000 detectada por Swift
Mapa de todo el cielo de las explosiones de rayos gamma detectadas por Swift entre 2004 y 2015.
Ilustración de una enana marrón combinada con un gráfico de curvas de luz de OGLE-2015-BLG-1319: datos terrestres (gris), Swift (azul) y Spitzer (rojo).
  • 9 de mayo de 2005: Swift detectó GRB 050509B , una ráfaga de rayos gamma que duró una vigésima de segundo. Esta detección marcó la primera vez que se identificó la ubicación precisa de una ráfaga de rayos gamma de corta duración y la primera detección de resplandor de rayos X en una ráfaga corta individual. [ 35 ] [ 36 ]
  • 4 de septiembre de 2005: Swift detectó GRB 050904 con un valor de corrimiento al rojo de 6,29 y una duración de 200 segundos (la mayoría de las ráfagas detectadas duran unos 10 segundos). También se descubrió que era la más distante detectada hasta el momento, a aproximadamente 12.600 millones de años luz .
  • 18 de febrero de 2006: Swift detectó GRB 060218 , una explosión inusualmente larga (unos 2000 segundos) y cercana (unos 440 millones de años luz), que fue inusualmente tenue a pesar de su corta distancia, y que puede ser un indicio de una supernova inminente .
  • 14 de junio de 2006: Swift detectó GRB 060614 , una ráfaga de rayos gamma que duró 102 segundos en una galaxia distante (a unos 1600 millones de años luz). No se observó ninguna supernova tras este evento, lo que llevó a algunos a especular que representaba una nueva clase de progenitores. Otros sugirieron que estos eventos podrían haber sido muertes de estrellas masivas, pero que produjeron muy poco 56Ni radiactivo para alimentar una explosión de supernova.
  • 9 de enero de 2008: Swift estaba observando una supernova en NGC 2770 cuando presenció un estallido de rayos X proveniente de la misma galaxia. Se descubrió que la fuente de este estallido era el comienzo de otra supernova, posteriormente denominada SN 2008D . Nunca antes se había observado una supernova en una etapa tan temprana de su evolución. Gracias a este golpe de suerte (posición, momento, instrumentos más apropiados), los astrónomos pudieron estudiar en detalle esta supernova de tipo Ibc con el Telescopio Espacial Hubble , el Observatorio de Rayos X Chandra , el Very Large Array en Nuevo México , el telescopio Gemini Norte en Hawái , Gemini Sur en Chile, el telescopio Keck I en Hawái, el telescopio PAIRITEL de 1,3 m (4 pies 3 pulgadas) en el Monte Hopkins , los telescopios de 200 pulgadas y 60 pulgadas (1500 mm) en el Observatorio Palomar en California , y el telescopio de 3,5 m (11 pies) en el Observatorio Apache Point en Nuevo México. La importancia de esta supernova fue comparada por la líder del equipo de descubrimiento, Alicia Soderberg, con la de la Piedra Rosetta para la egiptología. [ 37 ]       
  • 8 y 13 de febrero de 2008: Swift proporcionó información crucial sobre la naturaleza del Voorwerp de Hanny , principalmente la ausencia de una fuente ionizante dentro del Voorwerp o en el vecino IC 2497 .
  • 19 de marzo de 2008: Swift detectó GRB 080319B , una explosión de rayos gamma entre los objetos celestes más brillantes jamás observados. A 7.500 millones de años luz , Swift estableció un nuevo récord para el objeto más lejano (brevemente) visible a simple vista. También se dijo que era intrínsecamente 2,5 millones de veces más brillante que la supernova más brillante aceptada hasta entonces (SN 2005ap) . Swift observó un récord de cuatro GRB ese día, que también coincidió con la muerte del reconocido escritor de ciencia ficción Arthur C. Clarke . [ 38 ]
  • 13 de septiembre de 2008: Swift detectó GRB 080913 , que en ese momento era el GRB más distante observado (12.800 millones de años luz) hasta la observación de GRB 090423 unos meses después. [ 39 ] [ 40 ]
  • 23 de abril de 2009: Swift detectó GRB 090423 , la explosión cósmica más distante jamás observada hasta ese momento, a 13.035 millones de años luz. En otras palabras, el universo tenía solo 630 millones de años cuando ocurrió esta explosión. [ 41 ]
  • 29 de abril de 2009: Swift detectó GRB 090429B , que según análisis posteriores publicados en 2011 se encontraba a 13.140 millones de años luz de distancia (aproximadamente equivalente a 520 millones de años después del Big Bang), incluso más lejos que GRB 090423. [ 42 ]
  • 13 de abril de 2010: Swift detectó su GRB número 500. [ 43 ]
  • 28 de marzo de 2011: Swift detectó Swift J1644+57, que un análisis posterior mostró que posiblemente era la señal de una estrella siendo desintegrada por un agujero negro o la ignición de un núcleo galáctico activo. [ 44 ] "Esto es realmente diferente de cualquier evento explosivo que hayamos visto antes", dijo Joshua Bloom de la Universidad de California, Berkeley , autor principal del estudio publicado en la edición de junio de Science . [ 45 ]
  • 16 y 17 de septiembre de 2012: BAT se activó dos veces en una fuente de rayos X duros previamente desconocida, denominada Sw J1745-26 , a pocos grados del Centro Galáctico . El estallido, producido por una rara nova de rayos X, anunció la presencia de un agujero negro de masa estelar previamente desconocido que experimentaba una transición dramática del estado bajo/duro al estado alto/blando. [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]
  • 24 de abril de 2013: Swift detectó un destello de rayos X proveniente del centro galáctico. Se comprobó que no estaba relacionado con Sgr A* , sino con un magnetar previamente desconocido . Observaciones posteriores realizadas por NuSTAR y el Observatorio de Rayos X Chandra confirmaron la detección. [ 49 ]
  • 27 de abril de 2013: Swift detectó el estallido de rayos gamma GRB 130427A , de brillo sorprendente . Observado simultáneamente por el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi , es uno de los cinco GRB más cercanos detectados y uno de los más brillantes vistos por cualquiera de los dos telescopios espaciales. [ 50 ]
  • 23 de abril de 2014: Swift detectó la secuencia de llamaradas estelares más intensa, caliente y duradera jamás observada en una estrella enana roja cercana . La explosión inicial de esta serie de explosiones sin precedentes fue hasta 10 000 veces más potente que la mayor llamarada solar jamás registrada. [ 51 ]
  • Junio-julio de 2015: La enana marrón OGLE-2015-BLG-1319 fue descubierta mediante el método de detección de microlentes gravitacionales en un esfuerzo conjunto entre Swift, el telescopio espacial Spitzer y el Experimento de Lentes Gravitacionales Ópticas terrestres , siendo la primera vez que dos telescopios espaciales observan el mismo evento de microlente. Este método fue posible gracias a la gran separación entre las dos naves espaciales: Swift se encuentra en órbita terrestre baja, mientras que Spitzer está a más de una UA de distancia en una órbita heliocéntrica que sigue a la Tierra . Esta separación proporcionó perspectivas significativamente diferentes de la enana marrón, lo que permitió establecer restricciones sobre algunas de las características físicas del objeto. [ 52 ]
  • 27 de octubre de 2015: Swift detectó su estallido de rayos gamma número 1000, GRB 151027B. [ 25 ]
  • 18 de agosto de 2017: Swift descubre emisión UV de la kilonova AT 2017gfo , la contraparte electromagnética de GW170817 . [ 17 ]
  • 23 de septiembre de 2017: Swift es el primero en identificar TXS 0506+056 como la posible fuente de los neutrinos de energía extremadamente alta (EHE) de IceCube-170922A . [ 53 ]
  • 14 de enero de 2019: Swift descubre el estallido de rayos gamma observado más potente, GRB 190114C , que alcanza energías de teraelectronvoltios . [ 54 ]
  • 9 de octubre de 2022: Swift descubre, simultáneamente con Fermi , GRB 221009A , uno de los GRB más cercanos jamás detectados y el más brillante jamás detectado.
  • 2025: El instrumento UVOT de Swift descubre hidroxilo en el objeto interestelar 3I/ATLAS , lo que indica que contiene agua. [ 55 ]

Véase también

Referencias

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Lecturas adicionales

  • McKee, Maggie (6 de abril de 2005). "Swift mide la distancia a las explosiones de rayos gamma" . New Scientist.
  • Sitio web de Swift creado por NASA/GSFC
  • Sitio web de Swift, creado por el Centro de Datos Científicos Swift del Reino Unido.
  • Sitio web Swift de la Universidad Estatal de Pensilvania
  • Sitio web Swift de la Universidad Estatal de Sonoma
  • Mapa celeste en tiempo real de la explosión de rayos gamma. Archivado el 10 de agosto de 2018 en Wayback Machine.