Fermi Gamma-ray Space Telescope

Fermi Gamma-ray Space Telescope, US-Satellit, gestartet am 11. Juni 2008, der zur Untersuchung von gammastrahlenemittierenden Quellen entwickelt wurde. Diese Quellen sind die heftigsten und energiereichsten Objekte des Universums und umfassen Gammastrahlenausbrüche, Pulsare und Hochgeschwindigkeitsjets, die von Schwarzen Löchern emittiert werden. Die National Aeronautics and Space Administration ist die federführende Agentur mit Beiträgen von Frankreich, Deutschland, Japan, Italien und Schweden.

Fermi trägt zwei Instrumente, das Large Area Telescope (LAT) und den Gamma-ray Burst Monitor (GBM), die im Energiebereich von 10 keV bis 300 GeV (10.000 bis 300.000.000.000 Elektronenvolt) arbeiten und auf sehr erfolgreichen Vorgängern basieren, die in den 1990er Jahren am Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) geflogen sind. Im Gegensatz zu sichtbarem Licht oder sogar Röntgenstrahlen können Gammastrahlen nicht mit Linsen oder Spiegeln fokussiert werden. Daher bestehen die Hauptdetektoren des LAT aus Silizium- und Wolframstreifen im rechten Winkel zueinander. Gammastrahlen erzeugen Elektron-Positron-Paare, die dann Material in den Streifen ionisieren. Die ionisierte Ladung ist proportional zur Stärke des Gammastrahls. Die Anordnung der Streifen hilft, die Richtung der einfallenden Strahlung zu bestimmen. Kosmische Strahlen sind weitaus häufiger als Gammastrahlen, aber die LAT hat Materialien, die nur mit kosmischen Strahlen und sowohl mit kosmischen Strahlen als auch mit Gammastrahlen interagieren, so dass kosmische Strahlen unterschieden und ignoriert werden können. In seinen ersten 95 Betriebsstunden produzierte der LAT eine Karte des gesamten Himmels; CGRO brauchte Jahre, um eine ähnliche Karte zu erstellen.

Das GBM besteht aus 12 identischen Detektoren, die jeweils eine dünne Einkristallscheibe aus Natriumiodid enthalten, die als Fläche eines imaginären Dodekaeders positioniert ist. Ein einfallender Gammastrahl bewirkt, dass der Kristall Lichtblitze emittiert, die von lichtempfindlichen Röhren gezählt werden. Die gleichen Blitze können von bis zur Hälfte der Detektoren gesehen werden, jedoch mit unterschiedlichen Intensitäten, abhängig vom Winkel des Detektors zur Quelle. Dieser Prozess ermöglicht die Berechnung der Position eines Gammastrahlenausbruchs, so dass das Raumfahrzeug so ausgerichtet werden kann, dass es den LAT für detaillierte Beobachtungen auf die Quelle richtet.

Im Jahr 2008 entdeckte Fermi im Supernova-Überrest CTA 1 den ersten einer Population von Pulsaren, die nur in Gammastrahlen zu sehen sind. Die Gammastrahlenemissionen stammen nicht wie bei Radiopulsaren von Teilchenstrahlen an den Polen der Pulsare, sondern entstehen weit entfernt von den Oberflächen der Neutronensterne. Der genaue physikalische Prozess, der die Gammastrahlenpulse erzeugt, ist unbekannt. Fermi hat auch die Anzahl der bekannten Millisekundenpulsare (die am schnellsten rotierenden Pulsare mit Perioden von 1 bis 10 Millisekunden) erhöht, indem er 17 solcher Objekte entdeckt hat.

In einigen Theorien der Physik, die die allgemeine Relativitätstheorie, die das Universum auf den größten Skalen beschreibt, mit der Quantenmechanik, die das Universum auf den kleinsten Skalen beschreibt, vereinen würden, würde die Raumzeit in diskrete Teile quantisiert. Wenn die Raumzeit eine solche Struktur hätte, würden Photonen mit höheren Energien schneller reisen als solche mit niedrigeren Energien. Durch die Beobachtung von Photonen unterschiedlicher Energien, die von einem Gammastrahlenausbruch 7, 3 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt stammten und gleichzeitig bei Fermi ankamen, konnten Astronomen jede mögliche körnige Struktur der Raumzeit auf weniger als etwa 10-33 cm begrenzen.

Im Jahr 2010 beobachtete Fermi die erste Gammastrahlenemission einer Nova. Es wurde bisher angenommen, dass Novas nicht genug Energie erzeugen, um Gammastrahlen zu erzeugen.