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Feb 22 2016

Fundamentos de astronomía de rayos gamma (y II)



Detección de los rayos gamma

Hay tres formas de realizar la detección de estas energéticas partículas:
Efecto fotoeléctrico:
El rayo gamma interactúa con un electrón transfiriéndole su energía. El electrón es expulsado del átomo. Es válido para fotones de energía inferior a 0,5 MeV.
Efecto Compton:
El rayo gamma incide en un electrón, expulsándolo del átomo. La energía restante de transforma en una reemisión de una nuevo fotón de rayo gamma de baja energía, aunque en diferente dirección del fotón incidente. El rango de energías va de 100 KeV a 10 MeV (típicamente las que se dan en explosiones nucleares).
Creación de pares:
La energía del fotón gamma, al estar próximo a un núcleo atómico y debido a su interacción con el campo eléctrico, crea un par electrón-positrón. posteriormente este par se combinan en la creación de dos fotones gamma de 0,51 MeV cada uno.


Telescopios espaciales de rayos gamma

Observan directamente los rayos gamma desde el espacio y se basan dos técnicas:
– Mediante el uso de espejos concéntricos que envían los rayos a un foco, desviando el rayo poco a poco: dado que los rayos gamma pueden penetrar  la materia, la desviación de los rayos debe ser poco a poco y gradualmente
– Mediante detectores de partículas, en particular en la producción de pares electrón-positrón.
La mejor resolución viene dada por las más altas energías, ya que es más fácil la detección de los pares electrón-positrón, ya que su dirección es más próxima al rayo gamma original.

 

Uno de los telescopios espaciales de rayos gamma más conocidos es el Fermi, lanzado en Junio de 2008. Su principal instrumento es el Telescopio de Gran Superficie LAT, que estudia rayos gamma entre 100 MeV y 100 GeV y tiene un campo visual del 20% del cielo. En 2010 descubrió dos grandes burbujas procedentes del centro de la Vía Láctea.


Telescopios Cherenkov

Cuando las energías son muy altas, en la alta atmósfera se crea una cascada de partículas que dan origen a la conocida radiación Cherenkov. Se suele producción a unos 10 kilómetros por encima de la superficie terrestre y la cascada forma un cono de unos 2º y cubre un área en la superficie de 120 metros de radio. Esta radiación se caracteriza por ser débil, extensa y breve (en el orden de nanosegundos).

 

Esta radiación es uno de los modos de hacer astronomía de rayos gamma desde la superficie terrestre. Para ello se usan los llamados telescopios Cherenkov. El telescopio HESS está situado en Namibia y trabaja con energías de los 100 GeV. Consta de cuatro antenas de 13 metros cada una. En España tenemos el MAGIC, situado en La Palma. Se trata de un telescopio Cherenkov de 17 metros y formado de 1000 espejos. Una característica de este instrumento es la posibilidad de focalizar los espejos a distancias entre 5 y 40 kilómetros. Cara al futuro está previsto la puesta en marcha del Cherenkov Telescope Array (CTA), formado por 50 telescopios y que mejoraría en un factor 5 la resolución actual.

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