Кіріспе
2008 жылы іске қосылған гамма сәулелері астрономиясы үшін ғарыш телескопы.
Ферми гамма сәулелері ғарыш телескопы (FGST, сондай-ақ FGRST), бұрын гамма сәулелерінің кең ауданына арналған ғарыш телескопы (GLAST) деп аталған, төменгі Жер орбитасынан гамма сәулелері астрономиясын жүргізуге арналған ғарыш обсерваториясы болып табылады. Оның негізгі құралы – Үлкен ауданы бар телескоп (LAT), астрономдар осы телескопты көбінесе белсенді галактикалық ядролар, пульсарлар, басқа да жоғары энергиялы көздер және қараңғы материя сияқты астрофизикалық және космологиялық құбылыстарды зерттеу үшін бүкіл аспанды зерттеуге пайдалануды жоспарлап отыр. Фермидегі тағы бір құрал – гамма сәулелерінің шағылысын бақылау құрылғысы (GBM; бұрын GLAST шағылыс бақылау құрылғысы) гамма сәулелерінің шағылысын және күннің жарқырауын зерттеу үшін қолданылады. Жоғары энергиялық физиканың негізін қалаушы Энрико Фермидің құрметіне аталған Ферми 2008 жылдың 11 маусымында сағат 16:05 UTC-де Delta II 7920 H зымыранымен ұшырылды. Бұл миссия NASA, АҚШ Энергетика министрлігі және Франция, Германия, Италия, Жапония және Швеция үкіметтерінің бірлескен жобасы болып табылады, бұл орбитадағы ең сезімтал гамма сәулелері телескопы болып, INTEGRAL-дан кейін келеді. Жоба CERN-нің мойындалған эксперименті (RE7) болып табылады.
Шолу
Ферми екі ғылыми құралды қамтиды: Үлкен аудандағы телескоп (LAT) және Гамма сәулесінің жарылысын бақылау құралы (GBM). LAT – шамамен 20 миллионнан 300 миллиард электронвольтқа (20 МэВ-тен 300 ГэВ-қа дейін) дейінгі энергиясы бар фотондарды анықтайтын гамма-сәулелік детектор (жұп өндіру құралы), көріс өрісі шамамен аспанның 20% құрайды; оны Комптон гамма-сәулелік обсерваториясындағы EGRET құралының жалғасы деп санауға болады. GBM 14 сцинтилляциялық детектордан тұрады (8 кэВ-тан 1 МэВ аралығындағы он екі натрий йодиді кристалдары және 150 кэВ-тан 30 МэВ-қа дейінгі сезімталдығы бар екі висмут германат кристалдары), және бұл энергия диапазонында Жердің көлеңкесіне түспеген аспанның барлық бөлігінде гамма сәулесінің жарылысын анықтай алады. General Dynamics Advanced Information Systems (бұрынғы Spectrum Astro, қазір Orbital Sciences) компаниясы, Аризона штатының Гилберт қаласында, құралдарды тасымалдайтын ғарыш кемесін жобалап және құрастырды. Ол төмен, дөңгелек орбитада, шамамен 95 минуттық айналым периодымен қозғалады. Оның қалыпты жұмыс режимі құралдардың Жерден алысқа қарауына және аспанның жабылуын теңестіру үшін «тербеліс» қозғалысын сақтауға мүмкіндік береді. Құралдардың көрісі күніне шамамен 16 рет аспанның көп бөлігін шарлайды. Ғарыш кемесі сондай-ақ таңдалған нысанаға бағытталған бағдарды сақтай алады. Екі ғылыми құрал да ұшыру кезіндегі стресстік жағдайларға төтеп беруге және ғарышта жұмыс істеуін жалғастыруға мүмкіндік беру үшін діріл, вакуум, жоғары және төмен температураны қамтитын экологиялық сынақтардан өтті. Олар Аризона штатының Гилберт қаласындағы General Dynamics ASCENT құрылысында ғарыш кемесімен біріктірілді. Құралдардан алынған деректер Fermi Science Support Center веб-сайты арқылы көпшілікке қолжетімді. Деректерді талдауға арналған бағдарламалық жасақтама да бар.
ГЛАСТ - гамма сәулелі Ферми ғарыш телескобы
НАСА-ның Ғылым жөніндегі әкімшілігінің орынбасары Алан Стерн 2008 жылдың 7 ақпанында GLAST миссиясының қызығушылығын арттырып, гамма-сәуле және жоғары энергиялы астрономияға назар аударатын жаңа атау іздеу үшін қоғамдық конкурс жариялады, ол 2008 жылдың 31 наурызында аяқталды. Конкурс мақсаты – осы керемет жаңа астрономиялық миссияны еске түсіретін, есте қалған, айтуы оңай және спутниктің және оның миссиясының кешкі ас дастарқаны мен сыныптарда талқылау тақырыбына айналуына көмектесетін атау табу болатын. 2008 жылы Ферми жаңа атау алды: 2008 жылдың 26 тамызында GLAST жоғары энергиялық физиканың негізін қалаушы Энрико Фермидің құрметіне «Ферми гамма-сәулелері ғарыш телескопы» деп қайта аталды.
Алдын ала іске қосу
2008 жылдың 4 наурызында ғарыш кемесі Флорида штатының Титусвилл қаласындағы Astrotech пайдалы жүктемені өңдеу орталығына жетті. 2008 жылдың 4 маусымында, бірнеше кешігуден кейін, ұшыру күні 11 маусымға белгіленді, ең соңғы кешігулер ұшуды тоқтату жүйесінің батареяларын алмастыру қажеттілігінен туындады. 2008 жылдың 7 тамызына дейін ұшыру терезесі күн сайын 15:45-ден 17:40 UTC-ге дейін созылды.
Бағдарламалық жасақтамаларды өзгерту
2008 жылғы 23 маусымда GLAST спутнигінің компьютерлік бағдарламалық жасақтамасына шағын түзетулер енгізілді.
LAT/GBM компьютерлері жұмыс істейді
LAT және GBM жүйелерін басқаратын компьютерлер, сондай-ақ LAT-тың көптеген құралымдары 2008 жылдың 24 маусымында қосылды. LAT жоғары кернеуі 25 маусымда қосылып, ғарыштан жоғары энергиялы бөлшектерді анықтауды бастады, бірақ құралды калибрлеу үшін шағын түзетулер енгізу қажет болды. GBM жоғары кернеуі де 25 маусымда қосылды, алайда гамма-сәулелердің жарқылындарын іздеуге кіріспес бұрын GBM-ге бір апталық қосымша сынақтар мен калибрлеу қажет болды.
Аспанды зерттеу режімі
Ферми аспаптары мен мақсаттарына шолу жасағаннан кейін, SLAC Ұлттық жеделдеткіш зертханасының Дженифер Карсон негізгі мақсаттардың "барлық аспанды сканерлеу режимінде бақылау арқылы орындалуы мүмкін" деген қорытындыға келді. Ферми 2008 жылғы 26 маусымда "аспанға шолу режиміне" ауысты, осылайша оның көру бұрышын толық аспанға әр үш сағат сайын (әр екі орбитада) бағыттады.
Тездетуден аулақ
2013 жылдың 30 сәуірінде НАСА телескоптың 2012 жылдың сәуірінде суық соғыс кезеңіне жататын, Космос-1805 атты советтік тыңшылық спутнигімен қақтығысудың алдынан шамалы ғана құтылғанын хабарлады. Бірнеше күн бұрын жасалған орбиталық болжамдар екі спутниктің бір-біріне 30 миллисекундқа дейінгі қашықтықта, бірдей нүктеде кездесуі мүмкін екенін көрсетті. 3 сәуірде телескоп операторлары спутниктің жоғары күшейткіштік параболалық антеннасын жинап, күн панельдерін басқа жаққа бұрып, Фермидің ракеталық қозғалтқыштарын бір секундқа іске қосып, оны қауіпті аймақтан шығаруға шешім қабылдады. Қозғалтқыштар телескоп орбитаға шығарылғалы бері бес жылға жуық уақыттан бері қолданылмаған болса да, олар қатесіз жұмыс істеді және ықтимал апаттың алдын алды.
2013-2018 жылдарға арналған кеңейтілген миссия
2013 жылдың тамызында Ферми 5 жылдық миссиясын ұзартты.
Pass 8 бағдарламалық жасақтамасының жаңартуы
2015 жылдың маусым айында Fermi LAT Collaboration "Pass 8 LAT деректерін" жариялады. LAT қолданған талдау аясының жаңа нұсқалары "өткізілімдер" деп аталады және Fermi LAT деректері бастапқыда Pass 6 арқылы талданатын болған. Pass 6-ға елеулі жақсартулар енгізілді, Pass 7 2011 жылдың тамызында пайда болды. Fermi LAT іске қосылғаннан бері тіркелген әрбір оқиға, LAT детекторының әрбір оқиға мен фонға қалай реакция жасағанын анықтау үшін ең соңғы құралдармен қайта қарастырылды. Бұл түсініктің артуы екі маңызды жетістікке әкелді: бұрынғы талдауларда жіберіліп қалған гамма-сәулелер анықталды және олардың келген бағыты жоғары дәлдікпен анықталды. Соңғысының нәтижесінде Fermi LAT-тың "көру қабілеті" жақсарды, бұл оң жақтағы суретте көрсетілген. Pass 8 энергия өлшемдерін де жақсартады және тиімді аумақты айтарлықтай ұлғайтады. Миссияның барлық деректер жинағы қайта өңделді. Бұл жақсартулар Fermi LAT-тың анықтай алатын энергия диапазонының ең төменгі және ең жоғарғы шектеріне ең көп әсер етеді, нәтижесінде LAT пайдалы байқаулар жасай алатын энергия диапазоны кеңейді. Pass 8-дің арқасында Fermi LAT-тың өнімділігінің айқын жақсаруы осы бағдарламалық жаңартуды тарихтағы ең арзан спутниктік жаңарту деп атауға себеп болды. Көптеген жетістіктердің ішінде, бұл қара материяның өзара әрекеттесуінен туындаған галактикалық спектрлік сызықтарды іздеуді жақсартуға, кеңейтілген супернова қалдықтарын талдауға және Галактикалық жазықтықта кеңейтілген көздерді іздеуге мүмкіндік берді. Барлық оқиға кластары үшін P8R2 нұсқасында толыққанды изотропты емес қалдық фон болды. Бұл анизотропия ғарыштық сәуле электрондарының антиқосқырлы детектордың жолақтары арқылы өтуіне байланысты болды және осы оқиғаларды қабылдауға минималды әсер ете отырып, оларды жобауға мүмкіндік беретін кесулер жиынтығы қолданылды. Бұл таңдау LAT деректерінің P8R3 нұсқасын жасау үшін пайдаланылды.
Күн батареясының қозғалтқышы бұзылды
2018 жылдың 16 наурызында Фермидің күн батареяларының бірі айналуын тоқтатты, нәтижесінде "қауіпсіз тоқтату" режиміне көшілді және құралдардың қуаты өшірілді. Бұл соңғы 10 жылдағы алғашқы механикалық бұзушылық болды. Фермидің күн батареялары Күнге максималды жарық түсуі үшін айналады. Айналуды қамтамасыз ететін мотор бір бағытта бұйрық бойынша қозғалмады. 27 наурызда спутниктік аппарат орбитасына қатысты белгілі бір бұрышта бекітілді, осылайша күн қуаты максималды деңгейге жеткізілді. Келесі күні GBM құралы қайта іске қосылды. 2 сәуірде операторлар LAT құралын қосты, ал ол 8 сәуірде жұмысын жаңартты. Қуат және жылу талаптарын ескере отырып, бақылаудың баламалы стратегиялары жасалып жатыр.
2022 жылға дейін одан әрі ұзарту
2019 жылы NASA-ның сарапшылық тобының қорытындысы бойынша, Fermi 2022 жылға дейін жұмысын жалғастыруы керек еді, және бұл шешім NASA арқылы бекітілді. Әрі қарай ұзарту мүмкіндігі де қарастырылуда.
Пульсарды табу
Бірінші маңызды жаңалық ғарыш телескопы CTA 1 жотасының қалдықтарында пульсарды анықтағанда келді, ол тек гамма-сәулелену диапазонында ғана сәуле шығарғандай көрінді, мұндай жағдай алғаш рет тіркелді. Бұл жаңа пульсар Жерді 316,86 миллисекунд сайын шарлайды және шамамен 4600 жарық жылы қашықтықта орналасқан.
Гамма сәулелерінің ең үлкен жарылысы
2008 жылдың қыркүйегінде Карина шоқжұлдызында гамма сәулелерінің GRB 080916C жарлымы Ферми телескопымен тіркелді. Бұл жарлым "қазімге дейін өлшенген ең зор энергия шығарылымымен" ерекшеленеді. Жарылыстың қуаты шамамен 9000 қалыпты суперноваға тең болды, ал жарлымнан шығарылған материяның релятивистік ағыны жарық жылдамдығының кем дегенде 99,9999% жылдамдығымен қозғалған болуы керек. Жалпы алғанда, GRB 080916C "ең жоғары жалпы энергияға, ең жылдам қозғалысқа және ең жоғары бастапқы энергия эмиссиясына" ие болды.
Галактикалық орталықтың гамма сәулелері
2009 жылы Ферми телескопының деректерінде Құс жолы галактикасының орталық аймағынан шыққан гамма-сәулелерінің артық мөлшері анықталды. Бұл қазір Галактикалық орталықтағы ГеВ артықшылығы деп белгілі. Осы артықшылықтың қандай себептен пайда болғаны әлі белгісіз. Болжамдардың бірі – қара материяның өзін-өзі жоюы, екіншісі – пульсарлардың көп саны болуы мүмкін.
Космикалық сәулелер және супернова қалдықтары
2010 жылдың ақпан айында Ферми LAT супернова қалдықтарының ғарыштық бөлшектерді үлкен жылдамдыққа дейін үдетуге қабілетті екенін анықтады деп хабарланды. Бұл осы жобаның мақсаттарының бірін орындауды білдіреді.
Гамма сәулелерінің фондық көздері
2010 жылдың наурыз айында белсенді галактикалық ядролар гамма сәулелерінің көп бөлігіне жауапты емес екені хабарланды. Белсенді галактикалық ядролар Жерде анықталған гамма сәулелерінің бір бөлігін шығарғанымен, олардың 30%-дан аз бөлігі осы көздерден келеді. Қазіргі іздеу жұмыстары барлық анықталған гамма сәулелерінің қалған 70 пайызына жуық бөлігінің көзін табуға бағытталған. Мүмкіндіктердің ішінде жұлдыз құралатын галактикалар, галактикалардың бірігуі және әлі түсіндірілмеген қара материяның әрекеттесуі бар.
GRB 130427A
2013 жылдың 27 сәуірінде Ферми GRB 130427A гамма сәулелерінің шарықуын тіркеді, бұл қазікке дейін тіркелген ең жоғары энергиялы жарылыстардың бірі. Оған 94 миллиард электронвольттан (GeV) жоғары гамма сәулесінің тіркелуі де кірді.
ГРБ GW150914 гравитациялық толқын оқиғасымен сәйкес келеді
Fermi GBM аспаптары LIGO оқиғасынан кейін 0,4 секундтан кейін басталған және LIGO байқауының орналасуы бойынша белгісіздік аймағы бар 50 кэВ-тан жоғары әлсіз гамма сәулелерінің жарқылырын анықтағанын хабарлады. Ферми тобы мұндай оқиғаның кездейсоқ немесе шудың салдарынан болу ықтималдығын 0,22% деп есептеді. Алайда INTEGRAL телескопының барлық аспандағы SPI ACS аспаптарының бақылауы оқиғадан гамма-сәулелер мен қатты рентген сәулелері түріндегі кез келген энергия эмиссиясы гравитациялық толқындар түрінде шығарылған энергияның миллионнан бір бөлігінен аз екенін көрсетті, соның салдарынан "бұл шектеу оқиғаның бақылаушыға бағытталған маңызды гамма-сәуле сәулеленуімен байланысты болу мүмкіндігін жоққа шығарады" деген қорытындыға келді. Егер Ферми GBM байқаған сигнал GW150914-пен байланысты болса, SPI ACS оны фоннан 15 сигма жоғары маңыздылықпен анықтаған болар еді. AGILE ғарыш телескопы да оқиғаның гамма сәулелік серігін анықтаған жоқ. 2016 жылғы маусымда жарияланған тәуелсіз топтың Ферми есебіне жасаған талдауы бастапқы талдаудағы статистикалық қателерді анықтады, байқау статистикалық ауытқумен немесе 1 секундтық уақыт шкаласындағы Жер альбедосының уақытша өзгеруімен сәйкес келеді деген қорытындыға келді. Алайда, осы талдауға жасалған қарсылықта тәуелсіз топ Fermi GBM тобының бастапқы мақаласының талдауын дұрыс түсінбегендіктен, бастапқы талдау нәтижелерін бұрмалап көрсеткені айтылды. Қарсылық жалған сәйкестік ықтималдығы эмпирикалық түрде есептеледі және тәуелсіз талдаумен жоққа шығарылмайды дегенді растады. 2018 жылғы қазан айында астрономдар Жерден 1,7 миллиард жарық жылы қашықтықта орналасқан GRB 150101B тарихи GW170817-ге ұқсас болуы мүмкін екенін хабарлады. Ол 2015 жылғы 1 қаңтарда 15:23:35 UT уақытында Ферми гамма сәулелері ғарыш телескобындағы гамма сәулелерінің жарқылырын бақылайтын құралмен, сондай-ақ Swift обсерваториясының спутнигіндегі жарылыс туралы ескерту телескобы (BAT) арқылы анықталды. Гравитациялық толқын оқиғасын тудырды деп есептелетін қара тесіктердің бірігуі гамма сәулелерінің жарқылырын тудырмауы тиіс, себебі жұлдыздық массалы екі қара тесік жүйесінде көп мөлшерде айналып жүрген зат болмайды деп күтіледі. Ави Лоуб, егер массивті жұлдыз тез айналып жатса, оның құлдырауы кезінде пайда болатын центробегтік күш айналатын таяқшаның пайда болуына әкеледі, ол екі тығыз заттардан тұратын топқа бөлініп, қара тесік жұпжұлдызына айналады, ал жұлдыздың құлдырауының соңында гамма сәулелерінің жарқылын тудырады. Лоубтің пікірінше, 0,4 секундтық кешігу – бұл гамма сәулелерінің жұлдызды кесіп өтуіне кеткен уақыт, гравитациялық толқындарға қатысты.
GRB 170817A көп хабаршылы транзиторлық сигнал береді
2017 жылдың 17 тамызында Fermi Gamma Ray Burst Monitor бағдарламалық жасақтамасы кейіннен GRB 170817A деп белгіленген гамма сәулелерінің жарлымын анықтады, жіктеді және орналастырды. Алты минуттан кейін Ханфорд LIGO-дағы бір детектор гравитациялық толқын кандидатын тіркеді, ол GRB 170817A оқиғасынан 2 секунд бұрын болған екі нейтрон жұлдызының қосылуымен сәйкес келді. Бұл байқау "бірде-бір көзден гравитациялық және электромагниттік сәулелердің бірінші бірлескен тіркелуі" болды.
Гамма-сәулелік жарылыс мониторы
Гамма сәулелерінің жарылу мониторы (GBM) (бұрынғы GLAST Burst Monitor) гамма сәулелерінің жарылуынан және күн сәулесінің жарылуынан туындайтын гамма сәулелерінің кенеттен пайда болатын шағылысуларын анықтайды. Оның сцинтилляторлары ғарыш кемесінің бүйірлерінде орналасқан, Жердің кедергісіз барлық аспан бөлігін бақылауға мүмкіндік береді. Дизайн уақыт және фотон энергиясы бойынша жоғары ажыратымдылыққа оңтайландырылған, ал сезімталдық диапазоны 8 (орташа рентген сәулесі) -ден 40 (орташа энергиялы гамма сәулесі) -ге дейін жетеді. «Гамма сәулелерінің жарылуы соншалықты күшті, оларды миллиардтаған жарық жылдарынан көруге болады, яғни олар миллиардтаған жылдар бұрын болған, және біз оларды сол кездегідей көреміз», - деді NASA-ның Маршалл ғарыш ұшу орталығының өкілі Чарльз Миган. Гамма сәулелерінің жарылу мониторы күшті дауылдарда пайда болатын позитрондардан туындаған гамма сәулелерін де анықтаған. 2013 жылы сыйлық Лиланд Стэнфорд университетінің Роджер В. Романи мен Годдард ғарыш ұшу орталығының Элис Хардингке Ферми гамма сәулелері ғарыш телескобының көптеген қызықты пульсарлық нәтижелерін негіздеген теориялық базаны жасау жұмыстары үшін берілді. 2014 жылғы сыйлық Трейси Слейтерге, Дуглас Финкэйнерге және Менг Суға «Ферми көпіршіктері» деп аталатын гамма сәулелеріндегі үлкен, күтпеген галактикалық құрылымды ашқандары үшін табысталды. 2018 жылғы сыйлық Коллин Уилсон Ходж мен Ферми GBM командасына GRB 170817A-ны анықтағаны үшін берілді. Бұл гравитациялық толқын сигналының (GW170817) электромагниттік серігінің бірінші нақты және толыққанды тәуелсіз ашылуы болды, ол «қысқа гамма сәулелерінің екі нейтрон жұлдызының бірігуінен пайда болатынын растады және жаһандық көп толқынды бақылау кампаниясын бастауға мүмкіндік берді».