Los nuevos detectores de la NASA podrían mejorar las vistas de Gamma

Usando tecnología similar a la que se encuentra en las cámaras de los teléfonos inteligentes, los científicos de la NASA están desarrollando sensores mejorados para revelar más detalles sobre los estallidos de agujeros negros y las estrellas en explosión, todo mientras consumen menos energía y son más fáciles de producir en masa que los detectores que se usan hoy.

"Cuando piensas en los agujeros negros que destruyen activamente las estrellas, o en las estrellas de neutrones que explotan y crean ráfagas de luz de alta energía, estás viendo los eventos más extremos del universo", dijo la investigadora astrofísica Dra. Regina Caputo. "Para observar estos eventos, es necesario observar la forma de luz de mayor energía: los rayos gamma.

Caputo lidera un esfuerzo de desarrollo de instrumentos llamado AstroPix en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Los sensores de píxeles de silicio en AstroPix, aún en desarrollo y pruebas, recuerdan a los sensores de semiconductores que permiten que las cámaras de los teléfonos inteligentes sean tan pequeñas.

"Los rayos gamma son notoriamente difíciles de medir debido a la forma en que la partícula entrante interactúa con su detector", dijo la Dra. Amanda Steinhebel, becaria del Programa Postdoctoral de la NASA que trabaja con Caputo.

Los rayos gamma son longitudes de onda de luz más energéticas que los rayos ultravioleta y X, y sus fotones actúan más como partículas que como ondas. "En lugar de ser simplemente absorbidos por un sensor como la luz visible", dijo Steinhebel, "los rayos gamma rebotan por todas partes".

Los estallidos de rayos gamma son las explosiones más luminosas del cosmos. Los astrónomos creen que la mayoría ocurre cuando el núcleo de una estrella masiva se queda sin combustible nuclear, colapsa por su propio peso y forma un agujero negro, como se ilustra en esta animación. Luego, el agujero negro impulsa chorros de partículas que perforan todo el camino a través de la estrella que colapsa a casi la velocidad de la luz. Estos chorros atraviesan la estrella y emiten rayos X y rayos gamma (magenta) a medida que fluyen hacia el espacio. Luego se abren paso en el material que rodea a la estrella condenada y producen un resplandor de múltiples longitudes de onda que se desvanece gradualmente. Cuanto más cerca de frente vemos uno de estos chorros, más brillante parece. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

El telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA, que ha estudiado el cielo de rayos gamma desde 2008, resolvió el problema del "rebote" en su instrumento principal mediante el uso de torres de sensores en forma de tira. Este cubo del tamaño de una mesa, el Telescopio de Área Grande de Fermi, era en sí mismo una tecnología innovadora cuando se lanzó la misión.

Cada tira mapea un rayo gamma en una sola dimensión, mientras que las capas de tiras orientadas perpendicularmente entre sí registran la segunda dimensión. Los rayos gamma generan una cascada de impactos energéticos a través de múltiples capas, proporcionando un mapa que apunta hacia la fuente.

Aproximadamente del tamaño de una bolsa de golf, un instrumento de telescopio espacial que use sensores AstroPix requeriría la mitad de capas que la tecnología de detección de la tira de Fermi, dijo Caputo.

"Es más fácil decir exactamente dónde interactúan las partículas", dijo Steinhebel, "porque solo identifica el punto en la cuadrícula con el que interactuó. Luego usa varias capas para rastrear literalmente los caminos que tomaron las partículas a través de él".

AstroPix podría registrar rayos gamma de menor energía que la tecnología actual, explicó Steinhebel, porque estos fotones tienden a perderse al filtrarse a través de las múltiples capas de un detector de tiras. Capturarlos proporcionaría más información sobre lo que sucede durante eventos energéticos de corta duración. "Estos rayos gamma de baja energía son más comunes durante el pico de brillo", explicó.

Los detectores de píxeles también consumen menos electricidad para operar, dijo Caputo, una gran ventaja para futuras misiones que planifican su uso de energía.

Los detectores de silicio pixelado han sido probados en experimentos con aceleradores de partículas, dijo, y su uso común y producción en masa para teléfonos celulares y cámaras digitales los hace más fáciles y menos costosos de obtener.

Desarrollar diferentes prototipos durante varios años y ver a AstroPix crear gráficos precisos de luz de rayos gamma ha sido emocionante y extremadamente satisfactorio, dijo Steinhebel.

Mientras el equipo continúa trabajando en el desarrollo y la mejora de su tecnología, Caputo dijo que el siguiente paso sería lanzar la tecnología en un vuelo de cohete de sondeo corto para realizar más pruebas sobre la atmósfera terrestre.

Esperan beneficiar una futura misión de rayos gamma destinada a promover el estudio de eventos del universo de alta energía.

"Podemos hacer una ciencia genial con esto", dijo Caputo. "Solo quiero ver que eso suceda".

Cofundador de SpaceRef, Explorers Club Fellow, ex-NASA, Away Teams, Periodista, Space & Astrobiology, Escalador retirado.