Daniel Cano Ott
Los
rayos gamma son un tipo de
radiación electromagnética ionizante producida en procesos nucleares,
aniquilación de pares partícula-antipartícula o en fenómenos astrofísicos de gran violencia. Desde su descubrimiento por
Paul Ulrich Villard
en 1900, su estudio continúa aportando una valiosísima información
sobre la estructura de los núcleos atómicos y la física de partículas.
Más recientemente, y gracias a la puesta en órbita de sistemas de
detección montados en satélites, la espectrometría gamma en el espacio
ha dado el salto a la astronomía gamma. Dentro de unos pocos meses, el Gamma-ray Large Area Telescope
GLAST (telescopio de rayos gamma de gran
superficie) será puesto en órbita para desvelar algunos de los misterios del cosmos.
Figura 1. Recreación artística del satélite GLAST. (Fuente: NASA)
Los rayos gamma están formados por fotones con
energías entre unos pocos keV y muchos GeV, aunque su energía se
cuantifica típicamente en MeV (ver la nota sobre unidades al final del artículo). Tienen una baja probabilidad de
interacción con la materia (para energías por encima de algunas
centenas de keV) y no se desvían a causa de los campos eléctricos
y magnéticos (no tienen carga eléctrica), por lo que pueden ser utilizados para
identificar objetos muy lejanos en el espacio. Sin embargo, a diferencia de los fotones ópticos (con energías de unos pocos eV), la mayoría de los rayos gamma provenientes del espacio son absorbidos por nuestra atmósfera. Por ello, aunque Feenberg y Primakoff ya postularon en 1948 la existencia de fuentes gamma en el universo, su descubrimeinto tuvo que esperar hasta 1961 y la puesta en órbita del primer detector (i.e. telescopio) gamma en el satélite Explorer- XI. Nace la
astronomía gamma a hombros de los detectores desarrollados en los laboratorios de física nuclear y de partículas.
Figura 2. Distribución de las fuentes de rayos gamma con energías superiores a 100 MeV detectadas por los satélites EGRET y CGRO. (Fuente: NASA) Las misiones
EGRET y
CGRO de la
NASA y la más reciente
INTEGRAL de la
ESA han permitido obtener una información valiosísima sobre las fuentes de rayos gamma en el universo. En la
Figura 2 podemos ver el mapa de fuentes de rayos gamma con energías superiores a 100 MeV elaborado con los datos de la misiones EGRET y CGRO. En la
Figura 3, la naturaleza de las fuentes que los produjeron: núcleos activos de galaxias (rojo), pulsares (magenta), la gran nube magallánica (amarillo) y llamaradas solares (azul). Si bien se ha logrado identficar muchas de ellas, el 60% de las fuentes (puntos verdes) siguen siendo de origen desconocido. La misión GLAST permitirá dar un salto hacia adelante y complementar
los datos de INTEGRAL (reseña del
cuaderno de bitácora estelar) gracias a su mejorada sensibilidad con respecto a misiones anteriores de la
NASA.
Figura 3. Naturaleza de las fuentes de radiación gamma con energías superiores a 100 MeV. Rojo: núcleos activos de galaxias. Magenta: Pulsares. Amarillo: la gran nube magallánica. Azul: llamaradas solares. Verde: fuentes sin asignar.
GLAST cuenta con dos instrumentos que le permitirán barrer el cosmos en busca de rayos gamma con energías entre 10 keV y 300 GeV:
1. El Large Area Telescope LATEn el rango de energías de interés para GLAST, la principal interacción de los rayos gamma con la materia es la creación de pares. En este proceso un rayo gamma es capaz de crear un par electrón-positrón (partícula-antipartícula). EL LAT permite detectar el punto exacto de la creación de un par e
+/e
- gracias a una pila de
detectores de silicio. El electrón y el positrón vuelan a lo largo del LAT y son finalmente detectados en un una matriz de detectores de
yoduro de Cesio dopados con Talio - CsI(Tl). El cálculo de su trayectoria geométrica (uniendo los puntos de creación y detección) y la medida de la energía depositada en el CsI permite reconstruir la dirección del rayo gamma incidente. LAT está formado por una matriz de 4x4 módulos idénticos, cada uno de ellos con su pila de detectores de silicio y con su matriz de detectores de CsI(Tl).
Ilustración del detector LAT.El detector GBM es complementario al LAT y permitirá detectar fotones en el rango de energías de 8 keV (rayos X) hasta 30 MeV (rayos gamma). Dicho rango es de primordial interés para la detección y comprensión de las
erupciones de rayos gamma (gamma ray bursts), los fenómenos más luminosos que se conocen en el universo. El GBM está formado por 12 detectores de yoduro de Sodio (NaI) y 2 germanatos de Bismuto (Bi
4Ge
3O
12 o simplemente BGO). Los detectores de NaI cubren el rango de energías desde unos pocos keV hasta aproximadamente 1 MeV, mientras que los BGOs son sensibles a energías entre 150 keV y 30 MeV, lo que permite un solape con la parte más baja del espectro medible por el LAT.
Ilustración del detector GBM y ubicación dentro del satélite.
GLAST será puesto en órbita a principios de 2008 y sus datos permitirán:
- Aumentar el número de fuentes de rayos gamma en núcleos activos de galaxias.
- Identificar la naturaleza de las fuentes de rayos gamma detectadas por EGRET.
- Buscar desintegraciones de partículas exóticas en el universo primigenio u otras postuladas por algunas teorías.
- Estudiar el fondo de luz extragaláctica.
- Estudiar las erupciones de rayos gamma en un rango de energía más amplio e incluso medir emisiones retardadas.
- Descubrir más de 100 nuevos púlsares de rayos gamma.
- Aportar datos sobre la distribución espacial de los remanentes de supernovas.
- Estudiar las llamaradas solares.
- Complementar los datos de la nueva generación de grandes telescopios terrestres de rayos gamma.
Nota sobre unidades físicas
1 keV = 1 kilo electrónVoltio = 10
3 eV
1 MeV = 1 mega lectrónVoltio = 10
6 eV
1 GeV = giga electrónVoltio = 10
9 eV