El Laboratorio Internacional de Astrofísica de Rayos Gamma ( INTEGRAL ) es un telescopio espacial para observar rayos gamma de energías de hasta 8 MeV. Fue lanzado por la Agencia Espacial Europea (ESA) a la órbita terrestre en 2002 y está diseñado para proporcionar imágenes y espectroscopía de fuentes cósmicas. En el rango de energía de MeV, es el observatorio de rayos gamma más sensible en el espacio. [3] Es sensible a fotones de mayor energía que los instrumentos de rayos X como NuSTAR , el Observatorio Neil Gehrels Swift , XMM-Newton , e inferior a otros instrumentos de rayos gamma como Fermi y HESS .
Los fotones en el rango de energía de INTEGRAL son emitidos por partículas relativistas y supratérmicas [ aclaración necesaria ] en fuentes violentas, radiactividad de isótopos inestables producidos durante la nucleosíntesis , sistemas binarios de rayos X y fenómenos astronómicos transitorios de todo tipo, incluidos los estallidos de rayos gamma . Los instrumentos de la nave espacial tienen campos de visión muy amplios , lo que resulta particularmente útil para detectar emisiones de rayos gamma de fuentes transitorias, ya que pueden monitorear continuamente grandes partes del cielo.
INTEGRAL es una misión de la ESA con contribuciones adicionales de estados miembros europeos como Italia, Francia, Alemania y España. Los socios de cooperación son la Agencia Espacial Rusa con IKI (Comando de Operaciones Militares del Centro de Operaciones Militares) y la NASA .
A junio de 2023, INTEGRAL continúa operando a pesar de la pérdida de sus propulsores por el uso de sus ruedas de reacción y la presión de la radiación solar . [4] [5]
Las radiaciones más energéticas que la luz óptica, como los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma , no pueden penetrar la atmósfera terrestre, por lo que es necesario realizar observaciones directas desde el espacio. INTEGRAL es un observatorio, los científicos pueden proponer el tiempo de observación de las regiones objetivo deseadas, los datos se hacen públicos después de un período de propiedad de hasta un año.
INTEGRAL se lanzó desde el puerto espacial ruso de Baikonur , en Kazajstán . El lanzamiento de 2002 a bordo de un cohete Proton -DM2 alcanzó una órbita elíptica de 3 días con un apogeo de casi 160.000 km y un perigeo de más de 2.000 km, por lo tanto, en su mayor parte más allá de los cinturones de radiación que de otro modo darían lugar a altos niveles de fondo instrumentales debido a la activación de partículas cargadas. La nave espacial y los instrumentos se controlan desde ESOC en Darmstadt , Alemania, el centro de control de la ESA, a través de estaciones terrestres en Bélgica ( Redu ) y California ( Goldstone ).
2015: El consumo de combustible es mucho menor que lo previsto. INTEGRAL ha superado con creces su vida útil prevista de 2+3 años y está previsto que entre en la atmósfera terrestre en 2029, como punto final definitivo de la misión. Su órbita se ajustó en enero/febrero de 2015 para provocar un reingreso seguro (hacia el sur) (debido a las perturbaciones lunares/solares, previstas para 2029), utilizando entonces la mitad del combustible restante. [6] [7]
En julio de 2020, INTEGRAL se puso en modo seguro y parecía que los propulsores habían fallado. Desde entonces, se han desarrollado y probado algoritmos alternativos para girar y descargar las ruedas de reacción . [8]
En septiembre de 2021, un único evento desencadenó una secuencia de eventos que pusieron a INTEGRAL en un estado de volteretas incontroladas, considerado una "anomalía crítica para la misión". El equipo de operaciones utilizó las ruedas de reacción para recuperar el control de actitud. [4] [5]
En marzo de 2023, las operaciones científicas de INTEGRAL se extendieron hasta finales de 2024, a lo que seguirá una fase posterior a las operaciones de dos años y un mayor seguimiento de la nave espacial hasta su reingreso estimado en febrero de 2029. [9]
También en marzo de 2023, se probó un nuevo modo seguro basado en software que utilizaría ruedas de reacción (en lugar de los propulsores averiados). [10]
El cuerpo de la nave espacial ("módulo de servicio") es una copia del cuerpo XMM-Newton , lo que permitió ahorrar costes de desarrollo y simplificar la integración con la infraestructura y las instalaciones terrestres (aunque fue necesario un adaptador para acoplarlo al otro módulo de refuerzo). Sin embargo, los instrumentos más densos utilizados para rayos gamma y rayos X duros hacen de INTEGRAL la carga útil científica más pesada jamás lanzada por la ESA.
El cuerpo está construido principalmente de materiales compuestos. La propulsión se realiza mediante un sistema monopropelente de hidracina , que contiene 544 kg de combustible en cuatro tanques expuestos. Los tanques de titanio se cargaron con gas a 24 bar (2,4 MPa ) a 30 °C y tienen diafragmas de tanque. El control de actitud se realiza mediante un rastreador de estrellas, múltiples sensores solares (ESM) y múltiples ruedas de impulso. Los paneles solares duales, que se extienden 16 metros cuando se despliegan y producen 2,4 kW BoL, están respaldados por conjuntos de baterías duales de níquel-cadmio.
La estructura del instrumento ("módulo de carga útil") también es compuesta. Una base rígida sostiene los conjuntos de detectores y una estructura en forma de H sostiene las máscaras codificadas aproximadamente a 4 metros por encima de sus detectores. El módulo de carga útil se puede construir y probar independientemente del módulo de servicio, lo que reduce los costos.
Alenia Spazio (ahora Thales Alenia Space Italia) fue el contratista principal de la nave espacial.
Cuatro instrumentos con amplios campos de visión están alineados en esta plataforma para estudiar objetivos en un rango de energía tan amplio de casi dos órdenes de magnitud (otros instrumentos astronómicos en rayos X u ópticos cubren rangos mucho más pequeños de factores de unos pocos como máximo). La obtención de imágenes se logra mediante máscaras codificadas que proyectan un shadowgrama sobre cámaras pixeladas; las máscaras de tungsteno fueron proporcionadas por la Universidad de Valencia, España.
El captador de imágenes INTEGRAL, IBIS (Imager on-Board the INTEGRAL Satellite) observa desde 15 keV (rayos X duros) hasta 10 MeV (rayos gamma). La resolución angular es de 12 arcmin, lo que permite localizar una fuente brillante a una distancia mejor que 1 arcmin. Una máscara de 95 x 95 de placas rectangulares de tungsteno se encuentra a 3,2 metros por encima de los detectores. El sistema de detectores contiene un plano delantero de placas de telururo de cadmio de 128 x 128 (ISGRI- Integral Soft Gamma-Ray Imager), respaldado por un plano de 64 x 64 de placas de yoduro de cesio (PICsIT- Pixellated Caesium-Yodide Telescope). ISGRI es sensible hasta 1 MeV, mientras que PICsIT se extiende hasta 10 MeV. Ambos están rodeados por escudos pasivos de tungsteno y plomo. IBIS fue proporcionado por institutos PI en Roma (Italia) y París (Francia).
El espectrómetro a bordo de INTEGRAL es SPI , el SPectrómetro de INTEGRAL. Fue concebido y ensamblado por la Agencia Espacial Francesa CNES , con institutos PI en Toulouse (Francia) y Garching (Alemania). Observa la radiación entre 20 keV y 8 MeV . SPI tiene una máscara codificada de teselas hexagonales de tungsteno , sobre un plano detector de 19 cristales de germanio (también empaquetados hexagonalmente). La alta resolución energética de 2 keV a 1 MeV es capaz de resolver todas las líneas de rayos gamma candidatas. Los cristales de Ge se enfrían activamente con un sistema mecánico de refrigeradores Stirling a aproximadamente 80 K.
IBIS y SPI utilizan detectores activos para detectar y vetar partículas cargadas que generan radiación de fondo. El SPI ACS (AntiCoincidence Shield) consiste en bloques de centelleador BGO que rodean la cámara y la apertura, detectando todas las partículas cargadas y los fotones que superan una energía de aproximadamente 75 keV, que impactarían el instrumento desde direcciones diferentes a la apertura. Una fina capa de centelleador de plástico detrás de las placas de tungsteno sirve como detector adicional de partículas cargadas dentro de la apertura.
La gran área efectiva del ACS resultó ser útil como instrumento por sí mismo. Su cobertura de todo el cielo y su sensibilidad lo convierten en un detector natural de estallidos de rayos gamma y en un componente valioso de la IPN (red interplanetaria).
Las unidades duales JEM-X proporcionan información adicional sobre fuentes de rayos X blandos y duros, de 3 a 35 keV. Además de ampliar la cobertura espectral, la obtención de imágenes es más precisa debido a la longitud de onda más corta. Los detectores son centelleadores de gas ( xenón más metano ) en un diseño de microbanda, debajo de una máscara de mosaicos hexagonales.
INTEGRAL incluye un instrumento de monitorización óptica ( OMC ), sensible de 500 a 580 nm . Actúa como ayuda para encuadrar y puede observar la actividad y el estado de algunos objetivos más brillantes; por ejemplo, ha sido útil para monitorear la luz de supernovas durante meses desde SN2014J.
La nave espacial también incluye un monitor de radiación, el INTEGRAL Radiation Environment Monitor ( IREM ), para registrar el fondo orbital con fines de calibración. El IREM tiene un canal de electrones y otro de protones, aunque se pueden detectar radiaciones que incluyen rayos cósmicos . Si el fondo supera un umbral preestablecido, el IREM puede apagar los instrumentos.
INTEGRAL contribuye a la astronomía de múltiples mensajeros, detectando rayos gamma de la primera fusión de dos estrellas de neutrones observada en ondas gravitacionales y de una ráfaga rápida de radio. [11] [12] Para 2018, se habían publicado aproximadamente 5.600 artículos científicos, con un promedio de uno cada 29 horas desde el lanzamiento. [13]
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