En una aplicación práctica como este proyecto de instrumento de prueba de cohetes, un observatorio de rayos gamma usaría múltiples capas de sensores Astropix, que luego podrían rastrear la trayectoria tridimensional de las partículas a través de una serie de detectores bidimensionales pixelados. Fuente: Regina Caputo
Utilizando una tecnología similar a la que se encuentra en las cámaras de los teléfonos inteligentes, los científicos de la NASA están desarrollando sensores mejorados que revelan más detalles sobre la explosión de agujeros negros y estrellas en explosión, al mismo tiempo que consumen menos energía y son más fáciles de producir en masa que los detectores que se utilizan actualmente.
“Cuando piensas en agujeros negros que destruyen estrellas activamente, o 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, debes observar la forma de luz de mayor energía: los rayos gamma”.
Caputo lidera el desarrollo de los instrumentos 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, se asemejan a los sensores de estado sólido que hacen que las cámaras de los teléfonos inteligentes sean tan pequeñas.
“Los rayos gamma son extremadamente difíciles de medir debido a la forma en que la partícula entrante interactúa con el detector”, dijo la Dra. Amanda Steinhebel, becaria postdoctoral de la NASA que trabaja con Caputo.
Los rayos gamma son longitudes de onda de luz con más energía que los rayos ultravioleta y los rayos X, y sus fotones se comportan 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”.
El Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA, que ha estado estudiando los cielos en rayos gamma desde 2008, resolvió el problema de la “reflexión” en su instrumento principal utilizando torres de tiras de sensores. Este cubo del tamaño de una mesa, el Fermi Large Area Telescope, era en sí mismo una tecnología innovadora cuando se lanzó la misión.
Cada franja mapea el impacto de los rayos gamma en una dimensión, mientras que las capas de franjas orientadas perpendicularmente entre sí registran la otra dimensión. Los rayos gamma generan una cascada de golpes energéticos a través de múltiples capas, creando un mapa que apunta a la fuente.
Aproximadamente del tamaño de una bolsa de golf, Caputo dijo que un telescopio espacial que use sensores AstroPix requeriría la mitad de capas que la tecnología de detección de la tira de Fermi.
“Es más fácil señalar exactamente dónde están interactuando las partículas”, dijo Steinhebel, “porque solo estás identificando el punto en la cuadrícula con el que está interactuando”. Luego usa varias capas para trazar literalmente los caminos que han tomado las partículas”.
Steinhebel explicó que AstroPix puede registrar rayos gamma de menor energía que la tecnología actual porque estos fotones tienden a perderse cuando se filtran a través de las muchas capas del 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 brillo máximo de la llamarada”, explicó.
Caputo dijo que los detectores de píxeles también usan menos electricidad, lo que es una gran ventaja para futuras misiones que planifiquen su uso de energía.
Dijo que los detectores de píxeles de silicio han sido probados en experimentos con aceleradores de partículas, y su uso generalizado y producción en masa para teléfonos móviles y cámaras digitales los hace más fáciles y económicos de obtener.
Desarrollar varios prototipos durante muchos años y ver cómo AstroPix crea gráficos precisos de luz de rayos gamma ha sido emocionante y extremadamente gratificante, dijo Steinhebel.
Mientras el equipo continúa desarrollando y mejorando su tecnología, Caputo dijo que el siguiente paso será lanzar la tecnología en un vuelo corto de cohete para realizar más pruebas sobre la atmósfera terrestre.
Esperan beneficiarse de una futura misión de rayos gamma para estudiar más a fondo los eventos de alta energía en el universo.
“Podemos hacer una ciencia genial con él”, dijo Caputo. “Solo quiero ver que suceda”.