Αστρονομία ακτίνων γ

Από τις ακτινοβολίες του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας οι ακτίνες γάμα έχουν τη μεγαλύτερη συχνότητα (άρα και ενέργεια, αφού η ενέργεια ενός κβάντου φωτός υπολογίζεται από την εξίσωση Ε=hf, όπου h η σταθερά Plank και f η συχνότητα) και το μικρότερο μήκος κύματος.
Οι ακτίνες γ παράγονται στους υπερκαινοφανείς αστέρες (σουπερνόβα), στους αστέρες νετρονίων, μαύρες τρύπες, τους πυρήνες ενεργών γαλαξιών και γενικά από την ακτινοβολία ραδιενεργών στοιχείων στο διάστημα.
Πολύ πριν ξεκινήσουν τα πειράματα, οι επιστήμονες γνώριζαν ότι στο σύμπαν παράγονται ακτίνες γ από διάφορες κοσμικές πηγές. Οι εργασίες των Eugene Feenberg και Henry Primakoff το 1948, των Sachio Hayakawa και I.B. Hutchinson το 1952, και κυρίως του Philip Morrison το 1958 έπεισαν τους επιστήμονες ότι διάφορες διαδικασίες που πραγματοποιούνται στο σύμπαν παράγουν ακτίνες γ. Αυτές οι διαδικασίες περιλαμβάνουν την αλληλεπίδραση των κοσμικών ακτίνων με τη μεσοαστρική ύλη, τις εκρήξεις σουπερνόβα και την κίνηση ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας σε μαγνητικά πεδία.
Οι περισσότερες ακτίνες γ που έρχονται από το διάστημα απορροφώνται στην ατμόσφαιρα της Γης (ευτυχώς για μας!). Έτσι, η αστρονομία των ακτίνων γάμα παρακάμπτει την γήινη ατμόσφαιρα, χρησιμοποιώντας αερόστατα ή διαστημικά σκάφη.
Το πρώτο τηλεσκόπιο ακτίνων γ τέθηκε σε τροχιά με τον δορυφόρο Explorer 11 το 1961, καταγράφοντας περίπου 100 φωτόνια ακτίνων γ. Αυτά έρχονταν απ' όλες τις κατευθύνσεις του σύμπαντος, σχηματίζοντας έτσι “ένα υπόβαθρο ακτίνων γ”.

Solar Maximum Mission

Αυτό το υπόβαθρο αναμενόταν από τις αλληλεπιδράσεις των κοσμικών ακτίνων με τα μεσοαστρικά αέρια.
Η πρώτη αστροφυσική πηγή ακτίνων γ που ανακαλύφθηκε ήταν οι ηλιακές εκλάμψεις από τις οποίες ανιχνεύθηκαν φωτόνια ενέργειας 2.223 MeV, όπως προέβλεψε ο Morrison. Αυτά τα φωτόνια προκύπτουν από το σχηματισμό του δευτερίου από την ένωση πρωτονίου με νετρόνιο. Στις ηλιακές εκλάμψεις τα νετρόνια παράγονται από δευτερογενείς πυρηνικές αντιδράσεις. Αυτές οι πρώτες παρατηρήσεις ακτίνων γ έγιναν από τις αποστολές OSO-3, OSO-7 (Orbiting Solar Observatoryand) και την Solar Maximum Mission το 1980.

Μια σημαντική εκπομπή ακτίνων γ από τον γαλαξία μας ανιχνεύθηκε το 1967 από τον δορυφόρο OSO-3. Ανιχνεύθηκαν 621 γεγονότα που οφείλονταν σε κοσμικές ακτίνες γ. Όμως το πεδίο της αστρονομίας των ακτίνων γ έκανε τεράστια βήμτα με τους δορυφόρους SAS-2 (1972) και COS-B (1975–1982). Αυτοί επιβεβαίωσαν το υπόβαθρο των ακτίνων γ που ανακάλυψαν οι προηγούμενες αποστολές και εντόπισαν επιπλέον σημειακές πηγές ακτίνων δημιουργώντας έτσι τον πρώτο λεπτομερή ουράνιο χάρτη σε μήκη κύματος ακτίνων γ.
Ωστόσο η διακριτική ικανότητα των οργάνων δεν ήταν αρκετή για την ταυτοποίηση αυτών των πηγών με αστρικά αντικείμενα που είναι ορατά με κοινά τηλεσκόπια.

Η έρευνα στην αστρονομία ακτίνων γ προχώρησε στο τέλος της δεκαετίας του 1960 αρχές 1970 και από δορυφόρους που κατασκευάστηκαν για στρατιωτικούς σκοπούς. Οι ανιχνευτές που μετέφερε η σειρά των δορυφόρων Vela σχεδιάστηκαν για να ανιχνεύουν ακτίνες γ που παράγονται από εκρήξεις πυρηνικών βομβών. Όμως αυτοί άρχισαν να καταγράφουν εκλάμψεις ακτινοβολίας γ μεγάλης διάρκειας από το διάστημα και όχι από τη Γη. Μετέπειτα έρευνες επιβεβαίωσαν αυτές τις εκλάμψεις από διάφορες μη αναμενόμενες κατευθύνσεις. Φαίνεται ότι προέρχονται από απομακρυσμένες περιοχές του σύμπαντος και πιθανόν να οφείλονται σε εκρήξεις υπερνόβα παρά σε άστρα νετρονίων.

Fermi

Τα υπερνόβα είναι εξαιρετικά τεράστια άστρα που καταρέουν στο τέλος της ζωής τους και εκρήγνυνται εκπέμποντας όση ενέργεια εκπέμπουν περισσότερα από 100 σουπερνόβα ταυτόχρονα (ο όρος υπερνόβα καθιερώθηκε μετά το 1990). Σ' αυτές τις εκρήξεις αποδίδονται οι μεγάλης διάρκειας εκλάμψεις ακτίνων γ. Το Νοέμβριο του 2010 το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γ Fermi, ανιχνεύθηκαν δυο γιγάντιες πηγές ακτίνων γ - σαν φυσαλίδες (βλέπε εικόνα)- στην καρδιά του Γαλαξία μας. Αυτές οι φυσαλίδες φαίνονται σαν η μία να είναι τό είδωλο της άλλης σε καθρέπτη.
Μπορεί να προέρχονται από μια τεράστια μαύρη τρύπα ή από τη διαδικασία σχηματισμού άστρων πριν από εκατομμύρια χρόνια.

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi χρησιμοποιήθηκε πρόσφατα για τον προσδιορισμό πάλσαρ που εκπέμπουν ακτινοβολία γ και για την ανίχνευση ακτινων γ που οφείλονται στην εξαϋλωση σωματιδίων αντιύλης  που παράγονται κατά τη διάρκεια καταιγίδων στην Γη (λεπτομέρειες ΕΔΩ και ΕΔΩ).
Εκτός από τους δορυφόρους σε τροχιά οι αστρονομία ακτίνων γ χρησιμοποίησαν κατά καιρούς τοις πι φθηνές λύσεις των αεροστάτων. Έτσι, για παράδειγμα, το 1988 στο Birigüi της Βραζιλίας αφέθηκε ένα αερόστατο που περιείχε ανιχνευτές ακτινοβολίας γ και για πρώτη φορά ανιχνεύθηκαν φωτόνια ενέργειας 847 keV και 1238 keV που εκπέμπει το ισότοπο του κοβαλτίου 56Co. Αυτή η ακτινοβολία γ προερχόταν από το σουπερνόβα SN1987A στο Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου, το οποίο ανακαλύφθηκε στις 23 Φεβρουαρίου του 1987.
ΠΗΓΕΣ: ΝΑSA, wikipedia