GLAST: un osservatorio spaziale sull

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GLASTun osservatorio spaziale sullUniverso ad
alta EnergiaG. Spandre - INFN (Pisa)
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Connessioni storiche Fisica Fondamentale e
Astrofisica
Nel 1887 Michelson e Morley pubblicano i primi
risultati sulla propagazione della luce una
pietra miliare che sta alla base della teoria
della relatività ristretta. Nel 1920 Michelson
fa la prima misura del diametro di una stella
(Betelgeuse) applicando concetti di
interferometria allastrofisica.

• Da allora molte tecniche sperimentali utilizzate
  per esperimenti di fisica fondamentale sono state
  utilizzate con successo per misure di
  astrofisica.
• Queste misure ci hanno permesso a loro volta di
  testare ed esplorare ulteriormente il campo della
  fisica fondamentale.

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Breve storia dellAstronomia gamma

• SAS-2 (1972 - 1973)
• Intervallo di energia 30 MeV 1GeV
• Risoluzione in energia 100
• Area efficace 100 cm2
• Campo di vista 0.25 sr

• EGRET (1991 - 1996)
• Intervallo di energia 20 MeV 30GeV
• Risoluzione in energia 15
• Area efficace 1500 cm2
• Campo di vista 0.5 sr

1970
1980
1990
2000
Time

• COS-B (1975 - 1982)
• Intervallo di energia 30 MeV 5GeV
• Risoluzione in energia 40
• Effective area 70 cm2
• Campo di vista 0.25 sr

Palloni sonda, Piccoli satelliti ( 621 fotoni
sopra 50 MeV rivelati da OSO-3!)
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Perché studiare i raggi gamma?

• Studiare i raggi gamma di origine celeste
  permette di indagare i fenomeni più energetici
  che avvengono nel Cosmo ed avere così una visione
  più completa dellUniverso che ci circonda.
• Gli astronomi fanno molto affidamento sul
  grandissimo potere di penetrazione dei raggi
  gamma per esplorare regioni di cielo
  inaccessibili ad altre lunghezze d'onda, come per
  esempio il centro della nostra galassia.
• I raggi gamma infatti possono fornire una vasta
  quantità di informazioni poiché
• non interagiscono molto nella regione di
  produzione permettono di osservare più da
  vicino i più potenti acceleratori di particelle
  esistenti in Natura
• l'universo nella sua totalità è particolarmente
  trasparente ai raggi gamma possibilità di
  testare distanze cosmologiche
• sono neutri e pertanto non sono deviati da campi
  magnetici e quindi puntano verso la loro
  sorgente.

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Cosa sono i raggi gamma?

• I raggi gamma sono onde elettromagnetiche del
  tutto simili alla luce visibile lunica
  differenza è che trasportano una quantità di
  energia milioni di volte superiore, essi infatti
  costituiscono la parte più energetica dello
  spettro elettromagnetico.
• Essi sono dannosi per la vita sulla Terra e
  fortunatamente latmosfera li assorbe impedendo
  a loro di arrivare al suolo.

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Dove e come si originano?

• L'astronomia gamma è generalmente legata a
  fenomeni che coinvolgono particelle cariche
  relativistiche, cioè accelerate ad altissima
  energia nelle vicinanze di corpi celesti molto
  compatti, come buchi neri super massivi, stelle
  di neutroni o residui di supernovae, in presenza
  di elevati campi magnetici così come in tutto il
  mezzo interstellare.
• Molte sorgenti gamma sono pertanto equivalenti ad
  acceleratori di particelle enormemente più
  potenti di quelli costruiti dalluomo

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Il cielo sopra 100 MeV
Nuclei Galattici Attivi
Sorgenti Non Identificate
Brillamenti Solari
Materia Oscura
Lampi Gamma
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Come si rivelano i raggi gamma?

• Che i corpi celesti brillassero anche emettendo
  raggi gamma è una scoperta relativamente recente,
  che si deve allo sviluppo dellera spaziale i
  raggi gamma sono infatti assorbiti
  dallatmosfera, dunque per rivelarli occorre
  piazzare un telescopio sopra latmosfera terrestre

Inoltre la rivelazione non avviene come nei
tradizionali telescopi ottici ma per mezzo di
rivelatori sofisticati, il cui funzionamento si
basa sui meccanismi di interazione tra i raggi
gamma e la materia.
Il grande telescopio a bordo di GLAST sfrutta il
processo noto come produzione di coppie, un
fenomeno in base al quale un raggio gamma
interagendo con la materia è convertito in una
coppia di particelle formata da un elettrone ed
un positrone (lantiparticella dellelettrone,
uguale allelettrone ma con carica positiva).
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Losservatorio spaziale GLAST
Goal misurare la direzione, il tempo di arrivo e
lenergia dei fotoni incidenti
Gamma Ray Burst Monitor (GBM)
Large Area Telescope (LAT)
Veicolo di lancio Delta II 2920-10H Sito di
lancio Kennedy Space Center Altezza orbita
575 Km Inclinazione orbita 28.5
gradi Periodo orbita 95 minuti Orientazione
X verso il Sole Data lancio Maggio
2008 Payload Massa del LAT 3000Kg Potenza del
LAT 650W

• Vincoli e limiti
• per gli esperimenti nello spazio
• massa
• potenza
• ridondanza
• vuoto
• stress termici
• stress vibrazionali

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Simulazione di interazioni di raggi gamma in due
torri del LAT
La strumentazione

• Per osservare il cielo gamma GLAST utilizzerà due
  strumenti
• Il Large Area Telescope (LAT)
• il GLAST Burst Monitor (GBM)

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Il Large Area Telescope
Il LAT osserverà una banda di energia compresa
fra 20 MeV e 300 GeV Campo di vista
gt 2.5 sr

• Il LAT è un telescopio a produzione di coppie in
  esso il raggio gamma interagisce convertendosi in
  due particelle cariche.
• Il LAT ha una struttura modulare basata su 16
  elementi identici chiamati torri. Ogni torre a
  sua volta è costituita da due sottosistemi
• tracciatore ad alta precisione
• un calorimetro elettromagnetico
• Nel tracciatore si ricostruiscono le tracce della
  coppia ee- .
• Al calorimetro è affidata la misura dellenergia
  delle due particelle.

Conoscendo la traiettoria e lenergia delle due
particelle è possibile risalire allenergia e
direzione del raggio gamma incidente e quindi
alla localizzazione in cielo della sorgente.
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Assemblaggio del Large Area Telescope
Assemblaggio di una torre del tracciatore
Le 16 torri complete di Tracciatore e Calorimetro
sono integrate nella griglia di sostegno
Uno scudo termico ed anti-micrometeoriti viene
calato a rivestire lACD.
Uno schermo di anticoncidenza (ACD) strutturato a
piastrelle di scintillatore plastico riveste
lintera struttura del LAT. Lo schermo serve ad
eliminare i segnali prodotti dalle particelle
cariche presenti nello spazio simili .
Scudo termico e ACD vengono calati a rivestire
lintero LAT
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Il GLAST Burst Monitor

• Il secondo strumento a bordo, il GBM,
  controllerà costantemente 2/3 della volta celeste
  e sarà pronto a rivelare e segnalare al LAT il
  manifestarsi di fenomeni transienti come i lampi
  gamma.
• Il GBM è composta da due batterie di rivelatori
• 12 cristalli di Ioduro di Sodio
• 2 cristalli di Germanato di Bismuto

Il GBM osserverà una banda di energia compresa
fra 10 keV e 25 MeV Campo di vista gt 3p
sr
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Integrazione del LAT e del GBM sul satellite
Laboratori della General Dynamics (Arizona - USA)
4 novembre 2007
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Il confronto con EGRET
Con unarea effettiva circa sei volte superiore a
EGRET, un più vasto campo di vista, unintervallo
di energia molto più ampio e una risoluzione
angolare superiore GLAST raggiungerà un livello
di sensibilità mai ottenuto in precedenza, circa
30 volte superiore al predecessore EGRET
identificherà migliaia di AGN risolvendo gran
parte della componente extra-galattica diffusa.
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Il lancio
GLAST è una grande missione internazionale
supportata dalla NASA, dal Dipartimento
dellEnergia (DOE) degli Stati Uniti e da agenzie
governative in Italia (ASI e INFN), Francia,
Germania, Svezia e Giappone. GLAST fa parte del
programma della NASA sullo studio della Struttura
ed Evoluzione dell'Universo. GLAST orbiterà ad
una distanza dalla terra di circa 565 km con un
un periodo di rivoluzione di 95 minuti. Il
lancio è previsto nella primavera 2008 dalla base
NASA di Cape Canaveral.
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Il cielo gamma visto da GLAST(55 giorni di
osservazione)
Limmagine è proiettata nel sistema di coordinate
astronomiche equatoriali (RA-Dec) che mostra la
Via Lattea come una larga U con il centro
galattico sulla destra.
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Conclusioni

• GLAST offrirà una possibilità unica per studiare
  a fondo lUniverso gamma
• permetterà di scoprire migliaia di nuove
  sorgenti
• di indagare settori di ricerca di frontiera,
  come la presenza di particelle ancora ignote che
  contribuiscono alla materia oscura e che
  annichilano emettendo gamma
• contribuirà ad approfondire la nostra conoscenza
  dellUniverso e sui costituenti fondamentali
  della materia.
• cercherà di rispondere alle domande sullorigine
  dei raggi cosmici, del fondo diffuso, dei lampi
  gamma e del loro comportamento ad alta energia,
• Straordinari ed eccitanti scoperte si attendono
  dalle osservazioni di GLAST scoperte che
  contribuiranno a cambiare ancora una volta la
  nostra comprensione dellUniverso.

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Sistema equatoriale
E' un sistema di coordinate astronomiche che ha
come direzione fondamentale l asse del mondo
(NS) e come piano fondamentale quello
dell'equatore celeste. Sono definiti i
meridiani e paralleli celesti.
L ascensione retta (AR o a) è lascissa
sferica. Rappresenta la distanza angolare dal
punto gamma (g) all'intersezione del meridiano
che passa per T con l'equatore celeste. Si misura
in ore, minuti e secondi, lungo lequatore
celeste e in senso antiorario. La Declinazione
(D o d) è lordinata sferica. Rappresenta la
distanza angolare tra un punto della sfera
celeste e l'equatore, misurata lungo il meridiano
che passa per tale punto. Si misura in gradi e
frazioni di grado con segno positivo verso il
polo nord celeste e negativo verso il polo sud.
Il punto gamma è lintersezione del piano
delleclittica con lequatore celeste in
corrispondenza allequinozio di primavera.