Descripci√≥n de la carga útil

Este instrumento es un telescopio de nuevo tipo capaz de efectuar observaciones de rayos Gamma en el rango de energias de varios MeV, utilizando un globo estratosférico que le sirve de plataforma. Utiliza capas múltiples de finos detectores de silicio para seguir y medir las pérdidas de energias que sufren los electrones de retroceso debido al efecto Compton. Cuando esto se combina con la dirección y energía de los rayos Gamma dispersados por dicho efecto es posible determinar una unica dirección de incidencia para cada fotón, facilitando así el rechazo de las interferencias de fondo, y mejorando tanto la sensibilidad como la capacidad de reconstrucción de la imagen.

A la izquierda podemos apreciar un esquema sencillo de su composición (click para ampliar).

Basicamente, TIGRE está compuesto de dos elementos principales. El primero, denominado en el esquema de la izquierda D1, consiste en varias (50 o más) capas de cintas detectoras de silicio de doble lado (silicon strip detectors o SSDs) que detectan las particulas cargadas que pasan a traves del detector, obteniendo las coordinadas X e Y del punto de interacción con una resolución de menos de 1 mm. El segundo componente, D2, consta de varias capas (5-10) de cintas detectoras de Cadmio-Zinc-Telurio (CZT) organizados de tal manera que rodean por 5 lados al detector D1. Este diseño es nuevo para Telescopios Compton, permitiendo a TIGRE detectar eventos de dispersión Compton de gran angulo, mejorando enormemente su eficiencia y otorgandole al mismo tiempo la habilidad de actuar como polarímetro de rayos gamma.

Idealmente, un rayo gamma que incide sobre TIGRE provoca una dispersión Compton en la capa superior (D1), en donde se mide la energia del electrón de retroceso, siendo luego absorbido en la capa inferior (D2). Es entonces que se usa la formula Compton para obtener su angulo de dispersión. La ubicación de las interacciones en D1 y D2 son localizadas en base al tiempo y el analisis de la amplitud de pulso y pueden ser utilizadas para obtener la dirección del fotón disperso. Su tiempo de vuelo de D1 a D2 puede asimismo usarse para discriminar aquellos eventos que se producen de arriba hacia abajo de los que lo hacen a la inversa (ruido de fondo).

Otra característica de TIGRE es que ha sidio diseñado para superar muchas de las limitaciones que son comunes en los telescopios Compton. Primero y principal el uso de SSDs le otorga el potencial de realizar un seguimiento del electron de retroceso, por lo que conociendo su energía y dirección, las direcciones posibles de incidencia del rayo gamma describen un pequeño arco en el cielo, en lugar de un circulo completo, reduciendo notablemente las fuentes de posible confusión y aumentando asimismo la sensibilidad. El seguimiento de electrones permite el rechazo cinematico de las interferencias de fondo, como ser aquellos eventos que interactuan primero en D2, o aquellos otros que no son completamente absorbidos por el detector. Esta capacidad de rechazo de fondo conduce a una sensibilidad mejorada y un mayor poder de resolución. Otro avance significativo en el diseño de TIGRE es el uso de cintas detectoras CZT. La sintonia fina de estos permite obtener una alta resolución espacial sin la necesidad de que exista una gran distancia entre D1 y D2. Esto no solo redunda en un instrumento mucho mas compacto sino que permite extender la capacidad de deteccion de D2 hasta los lados del detector, para formar una suerte de caja abierta rodenado a D1. Así, con una mayor coincidencia entre D1 y D2, se mejora la eficiencia en un factor de 5 a 10 veces la eficiencia de otros diseños de telecopios Compton. Finalmente, rodeando de esta manera a D1 permite la detección de eventos con angulos de dispersión amplios, transformando a TIGRE en un altamente efectivo polarimetro de rayos gamma.

TIGRE tambien actua como detector de pares de baja energia en el rango 10 a 100 MeV debido a que los SSDs actuan como convertidores y trazadores, mientras que los conjuntos de detectores CZT actuan como calorímetro. La baja densidad relativa del silicio permite la propagación de pares de baja energía a lo largo de varias capas del detector. El hecho de que TIGRE es al mismo tiempo un Telescopio Compton y un detector de pares, le otorga al instrumento una eficiencia relativa constante de 10% sobre el rango completo de energías que va de 0.3 a 100 MeV. Combinando esto con una vision de campo amplia (+/- 60 grados) y su capacidad de rechazo de las interferencias de fondo por el seguimiento de electrones, TIGRE esta en condiciones de efectuar un sinnumero de observaciones astronomicas en el dominio de los rayos gamma.

El rango de energias de 0.3 a 100 MeV es de importancia fundamental debido a que contiene las trazas criticas de una gran variedad de procesos de emisión, incluyendo Bremsstrahlung de electrones, interacciones entre rayos cosmicos y materia, y procesos Compton inversos. Una correcta evaluación de la forma del espectro de rayos gamma en este rango es necesaria para el estudio de los mecanismos fisicos que generan los rayos gamma. Mas aun, la resolucion angular y sensibilidad mejoradas podrían conducir al descubrimiento de nuevos tipos de fuentes de rayos gamma y proveer información mas detallada sobre la naturaleza de la emisión difusa de radiacion gamma en nuestra galaxia.

Video de las operaciones de lanzamiento

Desarrollo del vuelo y resultados de la misión

Sitio de lanzamiento: Estacion Australiana de Lanzamiento de Balones, Alice Springs  
Lanzamiento y operación del globo a cargo de: Columbia Scientific Balloon Facility (CSBF)
Globo: Globo de Presión Cero  
Nº de vuelo: 611N

El globo fue lanzado por método dinámico utilizando una grua como vehiculo auxiliar en la mañana del Viernes 16 de abril de 2010. Luego de una fase inicial de ascenso nominal, el globo alcanzó su altura de flotación sin problemas.

Como los vientos estratosféricos eran muy leves, el balón se mantuvo a la vista de Alice Springs durante varias horas antes de iniciar un progresivo derrotero hacia el Noroeste.

Luego de 57 horas de vuelo, la misión finalizó cerca de Longreach, Queensland el Domingo 18 de Abril de 2010.

Un equipo de rescate había partido el Sabado a la mañana desde Alice Springs por carretera, arribando a Longreach el Lunes. Las operaciones de recuperación de la carga util tuvieron lugar al dia siguiente. Luego de ser recogida de un campo localizado 70 km al sur de la ciudad, el instrumento TIGRE fue puesto a resguardo en un hangar del aeropuerto de Longreach para ser transportado al final de la campaña de vuelta a la base de lanzamiento.

Durante este primer vuelo en el hemisferio sur TIGRE recolectó datos a una altitud de 130.000 pies por aproximadamente 52 horas.

Los objetivos primarios fueron Sagitarius A+ (el agujero negro del centro galactico) y varios pulsares visibles desde el hemisferio sur en la vecindad de la galaxia.

El telescopio funcionó bien durante todo el vuelo y fue apagado unicamente despues de que se agotaran completamente las baterias. Luego del aterrizaje, un equipo de avanzado del grupo de investigacion del proyecto arribó al lugar de impacto con el objetivo de recuperar el instrumento y asegurar la información obtenida, la cual en este momento esta siendo analizada.

Referencias externas y fuentes bibliográficas

Imágenes de la misión