თანამგზავრი “ფერმი”

 Gamma-ray Large Area Space Telescope (GLAST) – ფერმის სახელობის გამა გამოსხივების
კოსმოსური ტელესკოპი რამდენიმე საერთაშორისო სააგენტოს კოლაბორაციის შედეგია
(NASA, United States Department of Energy, Government Agencies of France, Germany, Italy,Japan და Sweden ). ტელქსკოპს სახელი ეწოდა წარმოშობით იტალიელი ფიზიკოსის ენრიკო ფერმის პატივსაცემად. ტელესკოპი ოპერირებს 2008 წლიდან. ეს არის ხელსაწყო რომელიც სამყაროში არსებულ გამოსხივებას შეისწავლის 8000 ელექტრონ ვოლტსა და 300 გიგა ელექტრონვოლტს შორის დიაპაზონში. 1 ელექტრონ ვოლტის სიხშირე ახლოსაა თვალისთვის აღქმად სიხშირესთან, შესაბამისად ფერმის ტელესკოპი შეისწავლის გამოსხივებას, რომელიც თვალისთვის აღქმად სინათლის სიხშირეზე მილიარდჯერ უფრო მძლავრია.(1 კილო ელექტრონ ვოლტი = 1,000 ელექტრონ ვოლტს, 1 მეგა ელექტრონ ვოლტი = 1 მილიონ ელექტრონ ვოლტს, 1 გიგა ელექტრონ ვოლტი = 1 მილიარდ ელექტრონ ვოლტს). ფერმის გააჩნია ორი ძირითადი ინსტრუმენტი Large Area Telescope (LAT) და Gammaray Burst Monitor (GBM). LAT არის ფერმის ძირითადი პროგრამა ხოლო GBM დამხმარე. წინა მისიებისგან დაგროვებული მონაცემების საფუძველზე მეცნიერებმა წინასწარ განუსაზღვრეს ტელესკოპს თუ ცის რომელ არეებს უნდა დააკვირდეს.

The Large Area Telescope (LAT)

● იმის გამო რომ სამყაროში არსებობს გამა–გამოსხივების მრავალი წყარო, ფერმის LAT
მოწყობილობას უნდა დაეფარა ცის მინიმუმ მეხუთედი ნაწილი მაინც, რომ არ გამოპარვოდა გამა გამოსხივების ნაკადი.
● იმისთვის, რომ ტელესკოპს ეფექტურად მოახერხებინა წყაროს იდენტიფიკაცია მას უნდა შეძლებოდა ლოკაციის გაზომვა 1 არკმინუტის ფარგლებში.
● როგორც წესი გამოსხივების წყაროებს ახასიათებთ მაღალი ენერგიის მატარებელი
ფოტონების გამოტყორცნა, ამიტომ LAT-ს უნდა შეძლებოდა 30 გიგა ელექტრონვოლტიდან 300 გიგა ელექტრონვოლტამდე ენერგიის ფოტონების დაჭერა.
● იმის გამო რომ გამა გამოსხივება სწრაფი გამოსხივებაა LAT- ს უნდა შეძლებოდა ფოტონის გაზომვა დროის მცირე მონაკვეთში.
● გამა წყაროების სიმრავლის გამო ტელექსკოპი უნდა ყოფილიყო საკმარისად გამძლე, რომ მრავალი წლის განმავლობაში მომსახურებოდა მეცნიერებას.
● იმის გამო რომ სამყაროს ფონურ გამოსხივებას შეუძლია დაამახინჯოს წყაროდან წამოსული ფოტონის მონაცემები, LAT-ს უნდა შეძლებოდა გარე ფაქტორთა გახშირვა 99,9999%-ის სიზუსტით.

გამა-ანთების მონიტორი – The Gamma-ray Burst Monitor (GBM)

● იმის გამო, რომ გამა გამოსხივბის ტელესკოპთან მოღწევის კუთხის წინასწარმეტყველება შეუძლებელია, GBM მზად უნდა ყოფილიყო მთლიანი ცის მუდმივი მონიტორინგისთვის.
● GBM-ის მგრძნობელობა უნდა ყოფილიყო LAT-ზე უფრო მაღალი, შესაბამისად GBM-ს
შეუძლია აღმოაჩინოს 8 კილო ელექტრონ ვოლტზე ქვემოთ და 300 გიგა ელექტრონვოლტზე უფრო მძლავრი გამოსხივება.
● ვინაიდან გამა გამოსხივება გრძელდება მიკროწამებიდან ათასობით წამამდე, GBM-ს უნდა შეეძლოს გამა გამოსხივებების აღმოჩენა დროის ფართო დიაპაზონში.

ტელესკოპის სტრუქტურა

 Large Area Telescope (LAT) LAT შედგება ოთხი ძირითადი ქვესისტემისგან, რომელთა
მთავარი ფუნქციაა იპოვოს გამა გამოსხივება და გამოარჩიოს იგი სხვა გამოსხივებებისგან. ამ მოწყობილობებს შუძლიათ 100 000 დან 1 მილიარდამდე გამოსხივების დაფიქსირება. ეს ქვესისტემებია:
● ტრეკერი (Tracker)
● კალორიმეტრი (Calorimeter)
● ანტი დამთხვევის დეტექტორი (Anticoincidence Detector)
● მონაცემთა აღრიცხვის სისტემა (Data Acquisition System)
LAT ნებისმიერ დროის მოენტში აკვირდება ცის 20%-ს ხოლო ცის სფეროს სრული
სკანირებისთვის სჭირდება 3 საათი. გარდა სკანირებისა მას შეუძლია მოახდინოს
კონცენტრაცია ერთ წყაროზე და შეანელოს სკანირების ტემბი გამა გამოსხივების წყაროს
აღმოჩენისას. LAT არის 30 ჯერ უფრო ზუსტი ვიდრე მანამდე არსებული ნებისმიერი გამა
გამოსხივების კოსმოსში განთავსებული მოწყობილობა.

 როდესაც გამა გამოსხივება ხვდება LAT -ის სენსორებზე ის ჯერ გაივლის ანტი
დამთხვევის დეტექტორს (Anticoincidence Detector) სიგნალის წარმოქმნის გარეშე. შემდგომ გამა სხივი ეხება 16 დან ერთ ერთ ვოლფრანის ფურცელს.ეს კონტაქტი გამა გამოსხივებას გარდაქმნის ელექტრონად და პოზიტრონად ეინშტეინის ფარდობითობის თეორიის შესაბამისად. ელექტრონისა და პოზიტრონის განვლილი გზის დასადგენად გამოიყენება სილიციუმის ზოლები, რაც საშუალებას აძლევს LAT- ს დაადგინოს გამა გამოსხივების წყაროს მიმართულება.შემდგომ ელექტრონი და პოზიტრონი ხვდებიან კალონიმეტრში(ენერგიის გამზომი მოწყობილობა), სადაც დგინდება ნაწილაკებისა და საწყისი გამა გამოსხივების ენერგია. არასაჭირო კოსმიური გამოსხივება ხვდება ანტი დამთხვევის დეტექტორზე, რაც მონაცემთა აღრიცხვის სიტემას (Data Acquisition System) ეუბნება, რომ ამ ნაწილაკების მონაცემები არ გაითვალისწინოს. ანტი დამთხვევის დეტექტორი ფილტრავს არასაჭირო კოსმოსური სხივების 99,97%. მონაცემთა აღიცხვის სიტემა ასევე აიგნორებს დეტექტორში დედამიწიდან წამოსულ გამოსხივებებს.

 ტრეკერი შედგება კოშკის მოდულების ოთხი-ოთხი მასივისაგან. კოშკის თითოეული
მოდული შედგება სილიკონის ზოლის ნაწილაკების “თვალთვალის” დეტექტორების
ფენებისგან, რომლებიც გადახლართულია ვოლფრამის თხელი ფოლგებით. სილიკონის
ზოლის დეტექტორები ზომავენ ელექტრონისა და პოზიტრონის ბილიკებს, რომლებიც
წარმოიქმნება გამა სხივებიდან.

 კალორიმეტრი ზომავს ნაწილაკების ენერგიას. LAT კალორიმეტრი დამზადებულია
მასალისგან, რომელსაც ეწოდება ცეზიუმის იოდიდი, რომელიც წარმოქმნის სინათლის
ფოტონებს, რომლის ინტენსივობა პროპორციულია შემომავალი ნაწილაკების ენერგიებისა. ასევე კალორიმეტრი LAT-ს ეხმარება არასაჭირო გამოსხივების გაფილტვრაში, რადგან მათი მონაცემები არ შეესაბამება გამა გამოსხივების ინტენსივობას.
მონაცემთა აღრიცხვის სისტემა აგროვებს ინფორმაციას ტრეკერიდან,
კალორიმეტრიდან და ანტიდამთხვევის დეტექტორიდან და განასხვავებს კოსმოსური
სხივების არასასურველ სიგნალებსა და რეალურ გამა-სხივების სიგნალებს, რათა
გადაწყვიტოს რომელი სიგნალი უნდა გადაიცეს დედამიწაზე.

გამა-ანთების მონიტორი – Gamma-ray Burst Monitor (GBM)

 GBM შედგება 12 დეტექტორისგან, რომელიც დამზადებულია ნატრიუმის
იოდიდისგან, რენტგენის სხივების და დაბალი ენერგიის გამა სხივების დასაჭერად, და ორი დეტექტორისგან დამზადებული ბისმუტის გერმანატისგან (germanate ) მაღალი ენერგიის გამა სხივებისთვის. ისინი ერთად აკვირდებიან რენტგენს და გამა სხივებს ენერგეტიკულ დიაპაზონში 8 კილო ელექტრონ ვოლტიდან 30 მეგა ელექტრონ ვოლტამდე, რაც აზღვევს LAT-ის შესაძლებლობას ენერგიის ქვედა ზღვარში. GBM დეტექტორები აკვირდებიან მთლიან ცას, და ნავარაუდებია რომ წელიწადში 200 მდე გამა გამოსხივება უნდა დააფიქსიროს.GBM-ისა და LAT-ის კომბინაცია უზრუნველყოფს ძლიერ ინსტრუმენტს გამა გამოსხივების შესასწავლად ენერგიების ძალიან ფართო დიაპაზონში.

 GBM-ის შემუშავება და მისი დაკვირვების მონაცემების ანალიზი არის ერთობლივი
ძალისხმევა აშშ-ის კოსმოსური მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ეროვნულ ცენტრსა და
გერმანიის მაქს პლანკის არამიწიერი ფიზიკის ინსტიტუტს (MPE) შორის. ინსტრუმენტი
იმართება NASA-ს მარშალის კოსმოსური ფრენის ცენტრში ჰანტსვილში, ალაბამაში

 ღრმა კოსმოსიდან რენტგენი ან დაბალი ენერგიის გამა სხივი შედის 12 დაბალი
ენერგიის დეტექტორებიდან ერთ-ერთში, რომელიც შედგებიან ნატრიუმის იოდიდისგან
დამზადებული ბრტყელი დისკებისგან, გამოსხივების დისკთან შეხებისას წარმოიქმნება
სინათლის სუსტი ნათება, რომელსაც აფიქსირებს ფოტომულტიპლიკატორის მილი. ეს 12 დეტექრორი ფერმის ბორტზე საპირისპირო მხარეს არიან განთავსებული და ერთდროულად აკვირდებიან ცის სხვადასხვა მონაკვეთს. როდესაც გამა გამოსხივება აღწევს ამ თორმეტ დეტექტორთაგან ოთხზე მეტს, დეტექტორების პოზიციებისა და გამა სხივის დაცემის კუთხის გათვალისწინებით შესაძლებელი ხდება წყაროს კოორდინატების დადგენა.ბისმუტის გერმანატისაგან დამზადებული ორი მაღალი ენერგიის დეტექტორი იჭერს უფრო მაღალი ენერგიის გამა სხივებს და ზომავს მათ ენერგიას ისევე.

 დაბალი ენერგიის ნატრიუმის იოდიდის დეტექტორები აკვირდებიან რენტგენის
სხივებს დაახლოებით 8 კილო ელექტრონ ვოლტიდან გამა სხივებამდე დაახლოებით 1 მეგა ელექტრონ ვოლტამდე. ამ დეტექტორებმა დააზუსტეს და დაამტკიცეს NASA-ს Swift
თანამგზავრის მიერ აღმოჩენილი ობიექტების კოორდინატები მაღალი სიზუსტით. დაბალი ენერგიის დეტექტორები დამონტაჟებულია ოთხ ადგილას, თავის მხრივ თითოეული მათგანი შედგება სამი დეტექტორისგან. GBM იყენებს სიგნალებს დაბალი ენერგიის დეტექტორებიდან გამოსხივების ობიექტების დასადგენად.

 მაღალი ენერგიის დეტექტორები დამზადებულია ბისმუტის გერმანატისგან,
რომელსაც ზოგჯერ შემოკლებით BGO-ს უწოდებენ, რადგან გერმანატი არის გერმანიუმის
ოქსიდი.ისინი ფარავენ ენერგიის დიაპაზონს დაახლოებით 150 კილო ელექტრონ ვოლტიდან 30 მეგა ელექტრონ ვოლტამდე, რაც უზრუნველყოფს კარგ გადაფარვას დაბალი ენერგიის დეტექტორებთან გამა-სხივების ენერგიის დიაპაზონის ქვედა ბოლოში და LAT-თან მაღალ ბოლოში. ბისმუტის გერმანატი არის მაღალი სიმკვრივის მასალა, რომელიც უზრუნველყოფს უკეთეს მგრძნობელობას მაღალი ენერგიების დროს. ორი მაღალი ენერგიის დეტექტორი განლაგებულია კოსმოსური ხომალდის საპირისპირო მხარეს, რაც უზრუნველყოფს ცის თითქმის სრულ დაფარვას.

 მიკროპროცესორები მონაცემთა დამუშავების განყოფილებაში იღებენ და
აანალიზებენ მონაცემებს დაბალი ენერგიის დეტექტორებიდან და მაღალი ენერგიის
დეტექტორებიდან. ის განსაზღვრავს გამა გამოსხივების ენერგიას და მოსვლის
მიმართულებებს.

 LAT-ის მიერ ცის სკანირებით მიღებული გამოსახულება. თითოეული წერტილი 1 გიგა ელექტრონვოლტზე უფრო მაღალი გამოსხივების წყაროა.