INTEGRAL (observatorio)

El Observatorio Internacional de Rayos Gamma ( INTErnational  Gamma-Ray Astrophysics Laboratory/INTEGRAL ) es un observatorio orbital diseñado para estudiar objetos galácticos y extragalácticos en el rango de rayos X duros y rayos gamma . INTEGRAL es un proyecto de la Agencia Espacial Europea (ESA) en cooperación con Roscosmos y la NASA , controlado desde el Centro Europeo de Control de Vuelo Espacial en Darmstadt , Alemania y a través de estaciones terrestres en Bélgica (Redu) y EE. UU. ( Goldstone ).

Objetivos del proyecto

Los objetivos del observatorio son:

• Aportar nuevos datos para enriquecer la teoría de la nucleosíntesis al descubrir los núcleos atómicos formados al final de la vida de las estrellas [1] .
• Descubrir los restos de supernovas antiguas mediante la identificación de los núcleos de elementos radiactivos, generalmente sintetizados por ellos durante una explosión [2] .
• Identificar los fenómenos de nucleosíntesis fría, es decir, el desdoblamiento de átomos que se produce cuando átomos o protones acelerados chocan con átomos del medio interestelar . Durante la colisión, los átomos del medio interestelar (carbono, oxígeno, nitrógeno) se destruyen (proceso de división) y dan átomos más ligeros de litio, berilio, boro. Las condiciones físicas en las estrellas contribuyen a la rápida destrucción de estos elementos en las reacciones nucleares, por lo que casi todos los átomos de estos elementos se formaron en el medio interestelar. INTEGRAL debería estudiar estos átomos con más detalle a través de los rayos gamma emitidos por ellos cuando regresan de un estado excitado al estado fundamental [3] .
• Observación de nuevas y supernovas [4] , incluidas las supernovas gravitatorias, es decir, el colapso de estrellas con una masa superior a 8-10 masas solares [5] .
• Observación de objetos compactos como enanas blancas , estrellas de neutrones , agujeros negros [6] .
• Observación de galaxias, cúmulos de estrellas, núcleos galácticos activos , blazars y el fondo cósmico de microondas [6] .
• Observación de procesos y fenómenos en el centro de nuestra Galaxia .
• Identificación de fuentes de rayos gamma, cuyo origen se desconoce actualmente [6] .
• Registro de radiación de aniquilación de positrones en nuestra Galaxia [7] .

Fue el observatorio de rayos gamma más sensible del espacio hasta el lanzamiento de Fermi en 2008 [8] . Debido al hecho de que los fotones de los rangos de rayos X duros y gamma son casi imposibles de desviar de una propagación rectilínea y, por lo tanto, de enfocar, los instrumentos básicos del observatorio utilizan el principio de apertura codificada para obtener imágenes . Lo más probable es que los instrumentos del observatorio INTEGRAL (así como el telescopio BAT del observatorio SWIFT ) sean los últimos de la serie de telescopios de rayos X duros con apertura codificada , debido al hecho de que para aumentar aún más significativamente la sensibilidad de los instrumentos de este tipo, es necesario aumentar la masa de los instrumentos en más de 10 veces, lo que actualmente es imposible con los transportadores disponibles (masa del observatorio INTEGRAL ~ 4,2 toneladas). El método de apertura codificada en el dominio espacial fue aplicado por primera vez en 1989 por el telescopio francés SIGMA a bordo del observatorio espacial ruso Granat .

Nave espacial

Tras la cancelación por parte de Rusia en 2002 del programa Spektr-RG (en la versión original "pesada"), en el que los laboratorios europeos y estadounidenses gastaron más de 300 millones de dólares estadounidenses, Roscosmos asumió obligaciones para poner en órbita el observatorio [9] [ 10] .

INTEGRAL se lanzó desde el cosmódromo de Baikonur en 2002. En su puesta en órbita intervinieron un punto de medición móvil en América del Sur y un centro militar de control de misiones soviético . La órbita operativa del dispositivo tiene un período de 72 horas y tiene una alta excentricidad con un perigeo de 10.000 km, dentro del cinturón de radiación magnetosférica . Sin embargo, la mayor parte de cada órbita pasa fuera de esta región, donde se pueden realizar observaciones científicas. Alcanzan su mayor distancia a la Tierra ( apogeo ) a 153.000 km. El apogeo ocurre en el hemisferio norte para acortar los tiempos de los eclipses y maximizar el tiempo de contacto con las estaciones terrestres en el hemisferio norte. Para ello, su órbita está sincronizada con la rotación de la Tierra [11] .

Gracias a un esquema de lanzamiento especial, el observatorio logró ahorrar una parte inesperadamente grande del combustible, lo que permite que el dispositivo funcione físicamente en órbita durante más de 10-15 años, y en este momento ha más que duplicado su servicio originalmente planeado. vida. A partir de noviembre de 2018, su misión se extendió hasta finales de 2020, con una posible extensión hasta 2022 [12] .

La nave espacial INTEGRAL es una copia del satélite XMM-Newton , que ha reducido significativamente los costos del proyecto. Para controlar el satélite se utiliza un motor de hidracina , 544 kg de los cuales se almacenaron en 4 tanques fuera de borda. Las baterías solares de níquel-cadmio tienen un alcance de 16 metros y proporcionan una potencia de 2,4 kW.

El control de actitud se lleva a cabo en las estrellas mediante varios sensores solares y varios giroscopios.

El fabricante del satélite es Thales Alenia Space .

Electrodomésticos

El observatorio consta de dos instrumentos principales (IBIS, SPI) y dos auxiliares (JEM-X, OMC).

• IBIS es un telescopio de máscara de codificación . El rango de energía de funcionamiento es de 15 keV (radiación de rayos X duros) a 10 MeV (radiación gamma). En el rango de 15-300 k eV , los fotones son registrados por el detector ISGRI (Integral Soft Gamma-Ray Imager) en un conjunto de cadmio - elementos de telururo ; en el rango de 300 keV - 10 MeV - principalmente por el detector PICsIT (Pixellated Ces-Iodide Telescope) en elementos de cesio - yodo . Los detectores del telescopio tienen un área total de unos 2500 cm², la mitad de la cual está eclipsada por la máscara de codificación. La resolución angular es de 12 minutos de arco, pero mediante el barrido de la señal es posible mejorarla a 1 minuto de arco y más, hasta 30 segundos de arco [7] . Una máscara de mosaicos rectangulares de tungsteno de 95 x 95 se encuentra a 3,2 metros por encima de los detectores. El sistema detector consta de 128 x 128 celdas del detector de telururo de cadmio ISGRI, debajo de las cuales hay una capa de 64 x 64 celdas del detector PICsIT de yoduro de cesio . El ISGRI es sensible hasta 1 MeV, mientras que la sensibilidad del PICsIT se extiende hasta 10 MeV.
• SPI es un espectrómetro de germanio , que consta de 19 detectores separados, que también utiliza una máscara de codificación de oblea de tungsteno hexagonal. Rango de energía de funcionamiento de 20 keV a 8 MeV [7] . Los detectores de germanio se enfrían a una temperatura de unos 80-90 K, lo que hace posible alcanzar una resolución energética sin precedentes de 2 keV a una energía de 1 MeV. Ambos sistemas detectores (IBIS y SPI) deben estar blindados para reducir la radiación de fondo. Las placas de tungsteno de la máscara de codificación están protegidas con una capa de plástico centelleador , que absorbe la radiación secundaria provocada por el impacto de partículas de alta energía en el tungsteno. Los detectores estaban protegidos con placas de plomo y cristales de germanato de bismuto (BGO). El campo óptico es de 8° y la resolución es de 2° [13] .
• Los dispositivos auxiliares JEM-X y OMC (Optical Monitor Camera) están diseñados para estudiar objetos en los rangos de rayos X convencionales - 335 keV (JEM-X) y óptico y ultravioleta (OMC) (longitud de onda 500-580 nm). El OMC es capaz de registrar objetos de hasta una magnitud de 18,2 con una exposición de 1000 segundos [7] . Además de expandir la cobertura espectral, la imagen es más nítida debido a la longitud de onda más corta. Los detectores son centelleadores gaseosos (xenón y metano). Estas son principalmente herramientas de soporte que también pueden registrar la actividad y el estado de algunos de los objetos más brillantes.
• El último instrumento es el IREM (Monitor Ambiental de Radiación INTEGRAL), que se encarga de monitorear el nivel de fondo orbital y también se utiliza para la calibración de datos. IREM es sensible a electrones y protones (los registra de forma independiente) en el cinturón de radiación de la Tierra, así como a los rayos cósmicos. Si el nivel de fondo es demasiado alto, IREM puede apagar los instrumentos científicos para protegerlos.

Los detectores de apertura codificada se han desarrollado bajo la dirección de la Universidad de Valencia , España.

Principales resultados

El observatorio INTEGRAL continúa operando con éxito en órbita. Entre los principales resultados del observatorio cabe señalar:

• Mapeo de la región del Centro de la Galaxia en el rango de rayos X duros con una sensibilidad muy alta.
• Descubrimiento de un conjunto completo de fuentes galácticas de rayos X duros ocultas por absorción de polvo en otros rangos de energía (por ejemplo, rayos X estándar 1-10 keV u ópticos)
• Descubrimiento de un nuevo componente de rayos X duros en la radiación de los llamados púlsares y magnetares de rayos X anómalos . El origen de este componente no está del todo claro.
• Medición de alta precisión de la forma del espectro de radiación de aniquilación de positrones. Así, los científicos pudieron determinar que aproximadamente la mitad de la antimateria producida en la Galaxia se debe a agujeros negros o estrellas de neutrones que arrancan materia de su satélite con una masa menor o igual a la masa del Sol [14] .
• Se ha medido por primera vez la radiación procedente de la cresta de la Galaxia a energías superiores a 20 keV. Se muestra que hasta energías de 50 a 60 keV se produce por la radiación total de un gran número de enanas blancas en acreción .
• Se han realizado cálculos de fuentes de radiación de rayos X duros en todo el cielo. Con base en los resultados de estos cálculos, se midieron las características estadísticas de las fuentes galácticas y extragalácticas en el Universo cercano.
• Descubrimiento de un nuevo tipo de cuásar (el llamado "cuásar de hierro").
• Descubrimiento de una nueva categoría de estrellas binarias masivas de rayos X que, gracias a los observatorios terrestres, se han identificado como objetos compactos en órbita alrededor de estrellas supergigantes [15] .
• Identificación de 700 nuevas fuentes de rayos gamma, incluida una categoría de púlsares capaces de generar campos magnéticos mil millones de veces más fuertes que los creados en los laboratorios de la Tierra.
• Se ha compilado un catálogo de agujeros negros descubiertos, lo que debería permitir estimar su número en el Universo.
• INTEGRAL permitió establecer que el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia tiene una actividad muy baja [16] .
• El observatorio espacial sirve como un sistema de alerta para la ocurrencia de brotes repentinos de rayos gamma rápidos que duran desde unos pocos segundos hasta varios minutos mediante el uso indirecto de sus instrumentos. Al mismo tiempo, te permite indicar rápidamente las coordenadas de otras herramientas más efectivas al origen de este fenómeno fugaz. Así, gracias al INTEGRAL, los científicos pueden detectar una fuente de estallido de rayos gamma situada a corta distancia (por lo tanto, en el pasado reciente) y de mucha menor potencia, lo que es importante para su identificación [17] .
• Se elaboró ​​un mapa de distribución del aluminio-26 , que permite esclarecer conocimientos sobre el proceso de nucleosíntesis de este átomo. Se continúa trabajando en el mapeo de la distribución de titanio-44 [18] .

Véase también

• Lista de naves espaciales con detectores de rayos X y gamma a bordo

Notas

1. ↑ Astrophysique nuclear . irfu.cea.fr. Consultado el 4 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 4 de febrero de 2020. (indefinido)
2. ↑ Sur la piste des supernovae manquantes . irfu.cea.fr. Consultado el 4 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 4 de febrero de 2020. (indefinido)
3. ↑ à la recherche des sites de nucléosynthèse froide . irfu.cea.fr. Consultado el 4 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 25 de diciembre de 2021. (indefinido)
4. ↑ Novae et supernovae . irfu.cea.fr. Consultado el 4 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 4 de febrero de 2020. (indefinido)
5. ↑ Supernovas gravitationnelles . irfu.cea.fr. Consultado el 4 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 4 de febrero de 2020. (indefinido)
6. ↑ 1 2 3 ESA Ciencia y Tecnología - Objetivos . sci.esa.int. Consultado el 4 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 4 de febrero de 2020. (indefinido)
7. ↑ 1 2 3 4 Roman Krivonos. INTEGRAL . Departamento de Astrofísica de Altas Energías. Consultado el 4 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 4 de febrero de 2020. (Ruso)
8. ↑ BJ Teegarden, SJ Sturner. Observaciones INTEGRAL de estallidos de rayos gamma   // CABEZA . — 1999-04. — Pág. 17.01 . Archivado desde el original el 4 de febrero de 2020.
9. ↑ Desarrollo de Spektr-R . www.russianspaceweb.com. Consultado el 4 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 21 de febrero de 2020. (indefinido)
10. ↑ Historia del proyecto Spektr . www.russianspaceweb.com. Consultado el 4 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 19 de febrero de 2020. (indefinido)
11. ↑ Resumen integral  . www.esa.int. Consultado el 4 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 19 de octubre de 2012.
12. ↑ Ciencia y tecnología de la ESA: vida extendida para las misiones científicas de la ESA . sci.esa.int. Consultado el 4 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 3 de junio de 2020. (indefinido)
13. ↑ Máscara codificada SPI . El Laboratorio de Procesamiento de Imágenes . Consultado el 10 de mayo de 2022. Archivado desde el original el 31 de marzo de 2022. (indefinido)
14. ↑ Raie d'aniquilación de positrones/electrones a 511 keV  (fr.) . Integral. Consultado el 4 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 4 de febrero de 2020.
15. ↑ Identificación de fuentes de alta energía  (francés) . Integral. Consultado el 4 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 4 de febrero de 2020.
16. ↑ Cartes des source gamma individuelles et mesure du fond cosmique X  (fr.) . Integral. Consultado el 4 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 4 de febrero de 2020.
17. ↑ Sursauts gamma  (fr.) . Integral. Consultado el 4 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 4 de febrero de 2020.
18. ↑ La Nucleosynthese  (francés) . Integral. Consultado el 4 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 4 de febrero de 2020.

Enlaces

• Web oficial del observatorio (enlace inaccesible) . Consultado el 5 de noviembre de 2008. Archivado desde el original el 8 de noviembre de 2008. (indefinido) 
• Catálogo de todo el cielo obtenido utilizando datos del observatorio en el Instituto de Investigación Espacial de la Academia Rusa de Ciencias
• Centro Ruso de Datos Científicos del proyecto INTEGRAL
• Observatorio INTEGRAL - 10 años en órbita (2012-11-20)

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