Instrumentação de Raios X e Raios Gama

A instrumentação de raios X e raios gama detecta os fótons mais energéticos em astronomia usando óticas de incidência rasante, aberturas codificadas e detectores de rastreamento de partículas, em vez dos espelhos convencionais dos telescópios ópticos.

Definition

A instrumentação de raios X e raios gama compreende a ótica e os detectores usados para observar fótons de aproximadamente cem elétron-volts a teraelétron-volts, projetados em torno do fato de que tais fótons não podem ser focalizados por reflexão ou refração ordinária.

Scope

Este tópico abrange espelhos de raios X de incidência rasante aninhados, CCDs de raios X e microcalorímetros que imageiam e medem a energia dos fótons, colimadores e máscaras de abertura codificada para energias mais altas, telescópios de rastreamento de pares e Compton para raios gama, e a técnica Cherenkov atmosférica baseada em terra que detecta indiretamente os raios gama de mais alta energia.

Core questions

• Como os raios X são focalizados quando passam por espelhos comuns?
• Como os raios gama, que não podem ser focalizados de forma alguma, são imageados?
• Como a energia de um fóton de alta energia é medida?
• Como os raios gama de mais alta energia são detectados a partir do solo?

Key theories

Ótica de incidência rasante

Os raios X refletem eficientemente apenas em ângulos rasos de incidência, então os telescópios de raios X aninham muitas camadas concêntricas de espelhos, como os designs de Wolter, para coletá-los e focalizá-los.

Aberturas codificadas e rastreamento de partículas

Os raios gama são imageados não por focalização, mas por projeção de sombras através de máscaras codificadas ou pelo rastreamento dos pares elétron-pósitron e espalhamentos Compton que eles produzem em detectores em camadas.

Técnica de imagem Cherenkov atmosférica

Os raios gama de mais alta energia são detectados a partir do solo pela imagem dos breves flashes de luz Cherenkov das chuvas de ar que eles desencadeiam na atmosfera.

Clinical relevance

A instrumentação de alta energia sonda buracos negros e estrelas de nêutrons em acreção, remanescentes de supernovas, núcleos galácticos ativos, explosões de raios gama e gás quente de aglomerados, revelando a física mais extrema do universo que é invisível em energias mais baixas.

History

O voo de foguete de Giacconi e Rossi em 1962 descobriu a primeira fonte cósmica de raios X, lançando a astronomia de raios X. Os projetos de incidência rasante de Wolter permitiram telescópios de raios X de imagem como o Einstein e o Chandra, enquanto missões de raios gama e arranjos Cherenkov baseados em terra abriram o céu de muito alta energia.

Key figures

• Riccardo Giacconi
• Bruno Rossi
• Hans Wolter

Seminal works

• seward2010
• longair2011
• giacconi1962

Frequently asked questions

Como os telescópios de raios X formam imagens se os raios X passam por espelhos normais?

Os raios X refletem eficientemente apenas quando roçam uma superfície em ângulos muito rasos. Os telescópios de raios X, portanto, usam conjuntos de espelhos aninhados em forma de barril que os raios percorrem, curvando-os gradualmente para um foco comum, uma configuração conhecida como ótica de incidência rasante ou Wolter.

Como os raios gama de mais alta energia podem ser estudados a partir do solo?

Tais raios gama são muito raros e muito energéticos para serem detectados diretamente com satélites. Quando um atinge a atmosfera, ele produz uma cascata de partículas que emitem um fraco flash de luz Cherenkov, que os arranjos de telescópios terrestres imageiam para reconstruir a energia e a direção do raio gama.