تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة غاما

في 4 مارس 2008، وصلت المركبة الفضائية إلى منشأة معالجة الحمولة التابعة لشركة أستروتك في تيتوسفيل، فلوريدا . ^{[ 33 ]} وفي 4 يونيو 2008، وبعد عدة تأجيلات سابقة، تم تحديد موعد الإطلاق في 11 يونيو كأقرب موعد، ^{[ 34 ] [ 35 ]} وكانت هذه التأجيلات الأخيرة ناتجة عن الحاجة إلى استبدال بطاريات نظام إنهاء الرحلة. ^{[ 36 ]} وامتدت نافذة الإطلاق من الساعة 15:45 إلى 17:40  بالتوقيت العالمي المنسق يوميًا، حتى 7 أغسطس 2008. ^{[ 36 ]}

تم الإطلاق بنجاح في 11 يونيو 2008 الساعة 16:05  بالتوقيت العالمي المنسق على متن صاروخ دلتا 7920H-10C من مجمع الإطلاق الفضائي 17-B في قاعدة كيب كانافيرال الجوية . وانفصلت المركبة الفضائية بعد حوالي 75 دقيقة من الإطلاق.

يقع مسبار فيرمي في مدار دائري منخفض حول الأرض على ارتفاع 550 كم (340 ميلاً) ، وبميل قدره 28.5 درجة. ^{[ 37 ]}  

تلقى برنامج GLAST بعض التعديلات الطفيفة على برامج الكمبيوتر الخاصة به في 23 يونيو 2008.

تم تشغيل أجهزة الكمبيوتر التي تُشغّل كلاً من مرصد LAT ومرصد GBM، بالإضافة إلى معظم مكونات مرصد LAT، في 24 يونيو 2008. وتم تشغيل الجهد العالي لمرصد LAT في 25 يونيو، وبدأ برصد الجسيمات عالية الطاقة القادمة من الفضاء، إلا أنه كان لا يزال بحاجة إلى تعديلات طفيفة لمعايرة الجهاز. كما تم تشغيل الجهد العالي لمرصد GBM في 25 يونيو، ولكنه كان لا يزال بحاجة إلى أسبوع إضافي من الاختبارات والمعايرة قبل البدء في البحث عن انفجارات أشعة غاما.

بعد تقديم لمحة عامة عن أجهزة وأهداف مرصد فيرمي، خلصت جينيفر كارسون من مختبر SLAC الوطني للمسرعات إلى أن الأهداف الرئيسية "قابلة للتحقيق جميعها باستخدام نمط المسح الشامل للسماء". ^{[ 38 ]} تحول مرصد فيرمي إلى "نمط مسح السماء" في 26 يونيو 2008 ليبدأ مسح مجال رؤيته على كامل السماء كل ثلاث ساعات (كل دورتين مداريتين).

في 30 أبريل 2013، كشفت وكالة ناسا أن التلسكوب نجا بأعجوبة من الاصطدام بقمر التجسس السوفيتي المتوقف عن العمل، كوزموس 1805 ، في أبريل 2012. وأشارت التوقعات المدارية قبل ذلك بأيام إلى أن القمرين كانا سيحتلان نفس النقطة في الفضاء بفارق 30 مللي ثانية. وفي 3 أبريل، قرر مشغلو التلسكوب طي هوائي القطع المكافئ عالي الكسب الخاص بالقمر، وتدوير الألواح الشمسية بعيدًا عن مساره، وتشغيل محركات الدفع الصاروخية لتلسكوب فيرمي لمدة ثانية واحدة لإبعاده. وعلى الرغم من أن محركات الدفع كانت متوقفة عن العمل منذ وضع التلسكوب في مداره قبل نحو خمس سنوات، إلا أنها عملت بشكل صحيح، وبالتالي تم تجنب كارثة محتملة. ^{[ 39 ]}

في أغسطس 2013، بدأ مسبار فيرمي تمديد مهمته لمدة 5 سنوات. ^{[ 40 ]}

في يونيو 2015، أصدر فريق تعاون فيرمي LAT بيانات "المرحلة الثامنة من LAT". ^{[ 41 ]} تُسمى تكرارات إطار التحليل المستخدم في LAT "مراحل"، وعند الإطلاق، تم تحليل بيانات فيرمي LAT باستخدام المرحلة السادسة. وقد أُدرجت تحسينات كبيرة على المرحلة السادسة في المرحلة السابعة التي ظهرت لأول مرة في أغسطس 2011.

أُعيد فحص جميع عمليات الكشف التي أجراها تلسكوب فيرمي LAT منذ إطلاقه باستخدام أحدث الأدوات لفهم كيفية استجابة كاشف LAT لكل حدث وللضوضاء المحيطة . أدى هذا الفهم المُحسّن إلى تحسينين رئيسيين: الكشف عن أشعة غاما التي لم ترصدها التحليلات السابقة، وتحديد اتجاهها بدقة أكبر. ^{[ 42 ]} يتمثل أثر هذا الأخير في تحسين رؤية تلسكوب فيرمي LAT، كما هو موضح في الشكل على اليمين. كما تُوفر المرحلة الثامنة قياسات طاقة أفضل ومساحة فعّالة أكبر بشكل ملحوظ. أُعيدت معالجة جميع بيانات المهمة.

تُحدث هذه التحسينات أثراً بالغاً على كلٍّ من نطاقي الطاقة المنخفض والعالي اللذين يستطيع تلسكوب فيرمي LAT رصدهما، ما يُوسِّع فعلياً نطاق الطاقة الذي يُمكن للتلسكوب من خلاله إجراء رصدات مفيدة. ويُعدّ التحسّن في أداء فيرمي LAT بفضل التحديث الثامن (Pass 8) هائلاً لدرجة أن هذا التحديث البرمجي يُوصف أحياناً بأنه أرخص ترقية للأقمار الصناعية في التاريخ. ومن بين العديد من التحسينات، أتاح هذا التحديث بحثاً أفضل عن خطوط الطيف المجرية الناتجة عن تفاعلات المادة المظلمة، ^{[ 43 ]} وتحليل بقايا المستعرات العظمى الممتدة، ^{[ 44 ]} والبحث عن مصادر ممتدة في مستوى المجرة. ^{[ 45 ]}

بالنسبة لمعظم فئات الأحداث، احتوت النسخة P8R2 على خلفية متبقية غير متجانسة تمامًا. وقد عُزيت هذه الخاصية غير المتجانسة إلى تسرب إلكترونات الأشعة الكونية عبر أشرطة كاشف عدم التزامن، وقد سمحت مجموعة من المعايير برفض هذه الأحداث مع التأثير بشكل طفيف على قبولها. استُخدم هذا الاختيار لإنشاء النسخة P8R3 من بيانات LAT. ^{[ 46 ]}

في 16 مارس 2018، توقف أحد الألواح الشمسية لتلسكوب فيرمي عن الدوران، مما استدعى الانتقال إلى وضع "التثبيت الآمن" وإيقاف تشغيل الجهاز. تحتوي الألواح الشمسية لتلسكوب فيرمي على محرك يُديرها لزيادة تعرضها لأشعة الشمس. بعد إجراء تحقيق، تبيّن أن المحرك المسؤول عن هذا الدوران قد توقف عن العمل. في 27 مارس، وُضع القمر الصناعي بزاوية ثابتة بالنسبة لمداره لزيادة الطاقة الشمسية إلى أقصى حد. وفي اليوم التالي، أُعيد تشغيل جهاز GBM. ^{[ 47 ]}

في 2 أبريل، قام المشغلون بتشغيل تلسكوب LAT، واستأنف عملياته في 8 أبريل. وُضعت استراتيجيات رصد بديلة لمواصلة جمع البيانات في ظل تغير متطلبات الطاقة والحرارة. ^{[ 47 ]} نتيجةً لهذا العطل، يعمل القمر الصناعي الآن بشكل شبه حصري في "وضع المسح". قبل العطل، كان يستخدم غالبًا إعادة التوجيه التلقائي لرصد موقع انفجار أشعة غاما. ^{[ 48 ]}

كان هذا أول عطل ميكانيكي منذ ما يقرب من 10 سنوات.

ابتداءً من عام 2018، عانت شركة LAT من انقطاعات متقطعة استمرت ما بين بضع ساعات وعدة أيام. ^{[ 49 ]}

كجزء من طلب ميزانية الرئيس للسنة المالية 2026، طلب الرئيس ترامب إلغاء مهمة فيرمي وتصفير ميزانيتها بدءًا من عام 2026 "نظرًا للأولويات الأعلى داخل الوكالة"، مع ذلك، فقد مُوّلت بالكامل لتلك السنة. ^{[ 50 ]} وفي طلب ميزانية عام 2027، صفّى ترامب البرنامج مرة أخرى. ^{[ 51 ]}

كان أول اكتشاف رئيسي عندما رصد التلسكوب الفضائي نجمًا نابضًا في بقايا المستعر الأعظم CTA 1، بدا أنه يُصدر إشعاعًا في نطاقات أشعة غاما فقط، وهو الأول من نوعه. ^{[ 52 ]} يدور هذا النجم النابض الجديد حول الأرض كل 316.86 مللي ثانية، ويبعد عنها حوالي 4600 سنة ضوئية . ^{[ 53 ]}

في سبتمبر/أيلول 2008، رصد تلسكوب فيرمي انفجار أشعة غاما GRB 080916C في كوكبة كارينا . يتميز هذا الانفجار بكونه "أكبر إطلاق طاقة ظاهري تم قياسه حتى الآن". ^{[ 54 ]} بلغت قوة الانفجار ما يعادل قوة 9000 مستعر أعظم عادي، ولا بد أن نفاثة المادة النسبية المقذوفة في الانفجار قد تحركت بسرعة لا تقل عن 99.9999% من سرعة الضوء . إجمالاً، تميز GRB 080916C "بأكبر طاقة إجمالية، وأسرع حركة، وأعلى انبعاثات طاقة أولية" تم رصدها على الإطلاق. ^{[ 55 ]}

في عام ٢٠٠٩، رُصد فائض من أشعة غاما من منطقة كروية حول مركز مجرة ​​درب التبانة في بيانات تلسكوب فيرمي. يُعرف هذا الآن باسم فائض مركز المجرة من أشعة غاما ذات طاقة جيجا إلكترون فولت . ولا يزال مصدر هذا الفائض مجهولاً. وتشمل الاقتراحات الفناء الذاتي للمادة المظلمة أو وجود مجموعة من النجوم النابضة. ^{[ ٥٦ ]}

في فبراير 2010، ^{[ 57 ]} أُعلن أن مرصد فيرمي-لات قد توصل إلى أن بقايا المستعرات العظمى تعمل كمسرعات هائلة للجسيمات الكونية . ويُحقق هذا الاكتشاف إحدى المهام المعلنة لهذا المشروع. ^{[ 58 ]}

في مارس 2010، أُعلن أن النوى المجرية النشطة ليست مسؤولة عن معظم إشعاع الخلفية الكونية لأشعة غاما. ^{[ 59 ]} مع أن النوى المجرية النشطة تُنتج جزءًا من إشعاع غاما المُكتشف هنا على الأرض، إلا أن أقل من 30% منه ينشأ من هذه المصادر. وينصبّ البحث الآن على تحديد مصادر النسبة المتبقية، والتي تُقدّر بنحو 70% من إجمالي أشعة غاما المُكتشفة. وتشمل الاحتمالات المجرات المُشكّلة للنجوم ، واندماج المجرات ، وتفاعلات المادة المظلمة التي لم تُفسّر بعد .

فقاعات أشعة غاما والأشعة السينية المجرية

فقاعات أشعة جاما والأشعة السينية في مركز مجرة ​​درب التبانة: أعلى: رسم توضيحي؛ أسفل: فيديو.

في نوفمبر 2010، أُعلن عن اكتشاف فقاعتين تُصدران أشعة غاما وأشعة سينية حول مجرتنا، درب التبانة. ^{[ 60 ]} تمتد هاتان الفقاعتان، اللتان تُسميان بفقاعات فيرمي ، لمسافة تقارب 25 ألف سنة ضوئية فوق مركز المجرة وتحته. ^{[ 60 ]} وقد أعاق ضباب أشعة غاما المنتشر في المجرة عمليات الرصد السابقة، لكن فريق الاكتشاف بقيادة د. فينكبينر، بالاستناد إلى أبحاث ج. دوبلر، تغلب على هذه المشكلة. ^{[ 60 ]}

في أوائل عام 2012، رصد مرصد فيرمي/جلاست أعلى طاقة ضوئية تم رصدها على الإطلاق في ثوران شمسي. ^{[ 61 ]}

في ذروة التوهج الشمسي، رصد تلسكوب LAT أشعة غاما بطاقة تعادل ملياري ضعف طاقة الضوء المرئي، أو حوالي أربعة مليارات إلكترون فولت (GeV)، مسجلاً بذلك رقماً قياسياً لأعلى طاقة ضوئية تم رصدها على الإطلاق أثناء أو مباشرة بعد حدوث توهج شمسي.

رصد تلسكوب فيرمي العديد من ومضات أشعة غاما الأرضية واكتشف أن هذه الومضات يمكن أن تنتج 100 تريليون بوزيترون، وهو عدد يفوق بكثير ما كان يتوقعه العلماء سابقًا. ^{[ 62 ]}

في 27 أبريل 2013، رصد مرصد فيرمي انفجار أشعة غاما GRB 130427A ، الذي يُعدّ من بين أعلى مستويات الطاقة المسجلة حتى الآن. ^{[ 63 ]} وشمل ذلك رصد أشعة غاما تزيد طاقتها عن 94 مليار إلكترون فولت (GeV). ^{[ 63 ]} وقد حطم هذا الرقم القياسي السابق الذي سجله مرصد فيرمي، بأكثر من ثلاثة أضعاف. ^{[ 63 ]}

أفاد مرصد فيرمي أن جهاز GBM التابع له رصد انفجارًا ضعيفًا لأشعة غاما فوق 50 كيلو إلكترون فولت، بدأ بعد 0.4 ثانية من حدث ليغو ، مع منطقة عدم يقين في تحديد الموقع تتداخل مع منطقة رصد ليغو. وقدّر فريق فيرمي احتمالية أن يكون هذا الحدث ناتجًا عن مصادفة أو ضوضاء بنسبة 0.22%. ^{[ 65 ]}

مع ذلك، أشارت الملاحظات التي رصدها جهاز SPI-ACS التابع لتلسكوب INTEGRAL ، والذي يغطي كامل السماء، إلى أن أي انبعاث للطاقة في صورة أشعة غاما وأشعة سينية عالية الطاقة من الحدث كان أقل من جزء من مليون من الطاقة المنبعثة على شكل موجات جاذبية، ما خلص إلى أن "هذا الحد يستبعد احتمال ارتباط الحدث بإشعاع غاما كبير موجه نحو الراصد". لو كانت الإشارة التي رصدها مرصد Fermi GBM مرتبطة بـ GW150914، لكان جهاز SPI-ACS قد رصدها بدلالة إحصائية تبلغ 15 سيجما فوق مستوى الخلفية. ^{[ 66 ]}

لم يرصد تلسكوب الفضاء AGILE أي نظير لأشعة غاما لهذا الحدث. ^{[ 67 ]} وزعم تحليل لاحق لتقرير فيرمي، أجرته مجموعة مستقلة ونُشر في يونيو 2016، تحديد عيوب إحصائية في التحليل الأولي، وخلص إلى أن الملاحظة تتوافق مع تذبذب إحصائي أو تغير عابر في بياض الأرض على مدى ثانية واحدة. ^{[ 68 ] [ 69 ]}

أشار ردٌّ على هذا التحليل اللاحق إلى أن المجموعة المستقلة قد أساءت عرض تحليل ورقة فريق فيرمي GBM الأصلية، وبالتالي أساءت تفسير نتائج التحليل الأصلي. وأكد الردّ مجدداً أن احتمالية التزامن الزائف تُحسب تجريبياً، ولا ينفيها التحليل المستقل. ^{[ 70 ] [ 71 ]}

في أكتوبر 2018، أفاد علماء الفلك أن انفجار أشعة غاما GRB 150101B ، الذي يبعد 1.7 مليار سنة ضوئية عن الأرض، قد يكون مماثلاً لانفجار GW170817 التاريخي . وقد رُصد في 1 يناير 2015 الساعة 15:23:35 بالتوقيت العالمي المنسق بواسطة جهاز مراقبة انفجارات أشعة غاما الموجود على متن تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة غاما، بالإضافة إلى رصده بواسطة تلسكوب تنبيه الانفجارات (BAT) الموجود على متن قمر سويفت الفضائي . ^{[ 72 ]}

لا يُتوقع أن تُنتج عمليات اندماج الثقوب السوداء، من النوع الذي يُعتقد أنه تسبب في ظاهرة موجات الجاذبية، انفجارات أشعة غاما، إذ لا يُتوقع أن تحتوي الأنظمة الثنائية للثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية على كميات كبيرة من المادة تدور حولها. وقد افترض آفي لوب أنه إذا كان نجم ضخم يدور بسرعة، فإن قوة الطرد المركزي الناتجة أثناء انهياره ستؤدي إلى تكوين قضيب دوار ينقسم إلى كتلتين كثيفتين من المادة على شكل دمبل، ليصبحا نظامًا ثنائيًا للثقوب السوداء، وفي نهاية انهيار النجم، يُطلق انفجارًا لأشعة غاما. ^{[ 73 ] [ 74 ]} ويشير لوب إلى أن التأخير البالغ 0.4 ثانية هو الوقت الذي استغرقه انفجار أشعة غاما لعبور النجم، مقارنةً بموجات الجاذبية. ^{[ 74 ] [ 75 ]}

في 17 أغسطس/آب 2017، رصد برنامج مراقبة انفجارات أشعة غاما التابع لمرصد فيرمي، وصنّفه، وحدّد موقعه، وهو الانفجار الذي سُمّي لاحقًا GRB 170817A. بعد ست دقائق، سجّل كاشف واحد في مرصد هانفورد ليغو موجة جاذبية محتملة، تتوافق مع اندماج نجمين نيوترونيين ، حدث قبل ثانيتين من حدث GRB 170817A. كان هذا الرصد "أول رصد مشترك للإشعاع الثقالي والكهرومغناطيسي من مصدر واحد ". ^{[ 76 ]}

يرصد جهاز مراقبة انفجارات أشعة غاما (GBM) (المعروف سابقًا باسم جهاز مراقبة انفجارات GLAST) التوهجات المفاجئة لأشعة غاما الناتجة عن انفجارات أشعة غاما والتوهجات الشمسية . توجد أجهزة الوميض الخاصة به على جانبي المركبة الفضائية لرصد كامل السماء غير المحجوبة بالأرض. صُمم الجهاز بدقة عالية لتحقيق دقة زمنية وطاقة فوتونية ممتازة، وهو حساس للغاية.8 كيلو إلكترون فولت  ( أشعة سينية متوسطة ) إلى40 ميغا  إلكترون فولت ( أشعة غاما متوسطة الطاقة ).

"إن انفجارات أشعة جاما ساطعة للغاية لدرجة أننا نستطيع رؤيتها من على بعد مليارات السنين الضوئية، مما يعني أنها حدثت منذ مليارات السنين، ونحن نراها كما كانت تبدو آنذاك"، صرح بذلك تشارلز ميغان من مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا . ^{[ 77 ]}

رصد جهاز مراقبة انفجارات أشعة غاما أشعة غاما من البوزيترونات المتولدة في العواصف الرعدية القوية. ^{[ 62 ]}

يرصد تلسكوب المساحة الكبيرة (LAT) أشعة غاما الفردية باستخدام تقنية مشابهة لتلك المستخدمة في مسرعات الجسيمات الأرضية . تصطدم الفوتونات بصفائح معدنية رقيقة، فتحول إلى أزواج من الإلكترونات والبوزيترونات ، عبر عملية تُسمى إنتاج الأزواج . تمر هذه الجسيمات المشحونة عبر طبقات متداخلة من كواشف السيليكون الشريطية الدقيقة ، مما يُسبب تأينًا ينتج عنه نبضات صغيرة قابلة للكشف من الشحنة الكهربائية. يستطيع الباحثون دمج المعلومات من عدة طبقات من هذا المتتبع لتحديد مسار الجسيمات.

بعد مرور الجسيمات عبر جهاز التتبع، تدخل إلى المسعر ، الذي يتكون من مجموعة من بلورات وميضية من يوديد السيزيوم لقياس الطاقة الكلية للجسيمات. يتميز تلسكوب LAT بمجال رؤية واسع، يغطي حوالي 20% من السماء. دقة صوره متواضعة وفقًا للمعايير الفلكية، حيث تبلغ بضع دقائق قوسية للفوتونات ذات الطاقة الأعلى، وحوالي 3 درجات عند 100 ميغا إلكترون فولت . وهو حساس لـ20 ميغا  إلكترون فولت إلى300 جيجا إلكترون فولت  ، من أشعة جاما متوسطة الطاقة إلى أشعة جاما عالية الطاقة للغاية .

يُعدّ جهاز LAT خليفةً أكبر وأفضل لجهاز EGRET الذي كان مُثبّتًا على قمر كومبتون غاما راي التابع لناسا في تسعينيات القرن الماضي. وقد أنتجت عدة دول مكونات جهاز LAT، ثم أرسلتها لتجميعها في مختبر SLAC الوطني للمُسرّعات . كما يستضيف مختبر SLAC مركز عمليات علوم جهاز LAT، الذي يدعم تشغيل الجهاز خلال مهمة فيرمي لصالح التعاون العلمي الخاص بـ LAT ووكالة ناسا.