La tasa de detección de ráfagas es de 100 por año, con una sensibilidad ~3 veces más débil que el detector BATSE a bordo del Observatorio de Rayos Gamma Compton . La misión Swift fue lanzada con una vida útil nominal en órbita de dos años. Swift es una misión MIDEX (Explorador de clase media) de la NASA. Fue la tercera en ser lanzada, después de IMAGE y WMAP . [5]
Aunque originalmente fue diseñado para el estudio de los estallidos de rayos gamma, Swift ahora funciona como un observatorio multilongitud de onda de propósito general, en particular para el seguimiento rápido y la caracterización de fenómenos astrofísicos transitorios de todo tipo. En 2020, Swift recibió 5,5 propuestas de observación de objetivos de oportunidad por día y observa aproximadamente 70 objetivos por día, en promedio. [6]
Basándose en escaneos continuos del área del cielo con uno de los monitores del instrumento, Swift utiliza ruedas de impulso para desplazarse de forma autónoma en la dirección de posibles GRB. El nombre "Swift" no es un acrónimo relacionado con la misión, sino más bien una referencia a la rápida capacidad de desplazamiento del instrumento y al ágil swift (ave del mismo nombre). [7] Todos los descubrimientos de Swift se transmiten a la Tierra y esos datos están disponibles para otros observatorios que se suman a Swift en la observación de los GRB.
En el tiempo entre eventos GRB, Swift está disponible para otras investigaciones científicas, y los científicos de universidades y otras organizaciones pueden enviar propuestas de observaciones.
El Centro de Operaciones de la Misión Swift (MOC), donde se lleva a cabo el comando del satélite, está ubicado en State College, Pensilvania y es operado por la Universidad Estatal de Pensilvania y subcontratistas de la industria. La estación terrestre principal de Swift está ubicada en el Centro Espacial Broglio cerca de Malindi en la costa este de Kenia , y es operada por la Agencia Espacial Italiana (ASI). El Centro de Datos Científicos Swift (SDC) y el archivo están ubicados en el Centro de Vuelo Espacial Goddard en las afueras de Washington, DC. El Centro de Datos Científicos Swift del Reino Unido está ubicado en la Universidad de Leicester .
El BAT detecta eventos GRB y calcula sus coordenadas en el cielo. Cubre una gran fracción del cielo (más de un estereorradián totalmente codificado, tres estereorradián parcialmente codificados; en comparación, el ángulo sólido del cielo completo es 4π o aproximadamente 12,6 estereorradián). Localiza la posición de cada evento con una precisión de 1 a 4 minutos de arco en 15 segundos . Esta posición bruta se transmite inmediatamente a tierra, y algunos telescopios terrestres de campo amplio y giro rápido pueden capturar el GRB con esta información. El BAT utiliza una máscara de apertura codificada de 52.000 teselas de plomo de 5 mm (0,20 pulgadas) colocadas aleatoriamente , 1 m (3 pies 3 pulgadas) por encima de un plano detector de 32.768 teselas de detector de rayos X duros de telururo de cadmio y zinc (CdZnTe) de 4 mm (0,16 pulgadas); está diseñado específicamente para Swift. Rango de energía: 15–150 keV . [9]
Telescopio de rayos X (XRT)
Swift antes del lanzamiento
El XRT [10] puede tomar imágenes y realizar análisis espectrales del resplandor del GRB. Esto proporciona una ubicación más precisa del GRB, con un círculo de error típico de aproximadamente 2 segundos de arco de radio. El XRT también se utiliza para realizar un seguimiento a largo plazo de las curvas de luz del resplandor del GRB durante días o semanas después del evento, dependiendo del brillo del resplandor. El XRT utiliza un telescopio de rayos X Wolter Tipo I con 12 espejos anidados, enfocados en un solo dispositivo acoplado a carga (CCD) MOS similar a los utilizados por las cámaras MOS XMM-Newton EPIC. El software incorporado permite observaciones completamente automatizadas, con el instrumento seleccionando un modo de observación apropiado para cada objeto, en función de su tasa de conteo medida. El telescopio tiene un rango de energía de 0,2 a 10 keV. [11]
Después de que Swift se haya desplazado hacia un GRB, el UVOT se utiliza para detectar un resplandor óptico. El UVOT proporciona una posición de sub-arcosegundo y proporciona fotometría óptica y ultravioleta a través de filtros lenticulares y espectros de baja resolución (170-650 nm) mediante el uso de sus grismas ópticos y UV . El UVOT también se utiliza para proporcionar seguimientos a largo plazo de las curvas de luz de resplandor de GRB. El UVOT se basa en el instrumento de monitor óptico (OM) de XMM-Newton , con óptica mejorada y computadoras de procesamiento a bordo actualizadas. [12]
El 9 de noviembre de 2011, UVOT fotografió el asteroide 2005 YU55 mientras pasaba cerca de la Tierra . [13]
El 3 de junio de 2013, UVOT dio a conocer un estudio ultravioleta masivo de las cercanas Nubes de Magallanes . [14]
En agosto de 2017, UVOT capturó imágenes de emisiones UV del evento de ondas gravitacionales GW170817 detectado por los detectores LIGO y Virgo. [15] [16]
Experimentos
Un modelo del satélite
Telescopio de alerta de ráfagas (BAT)
BAT (Burst Alert Telescope) es un telescopio de rayos gamma, construido por el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, que utiliza una apertura codificada para localizar la fuente. El software para localizar la fuente lo proporciona el Laboratorio Nacional de Los Álamos (LANL). El detector CdZnTe de 5200 cm2 ( 810 pulgadas cuadradas) de área, que consta de 32 500 unidades de 4 × 4 × 2 mm (0,157 × 0,157 × 0,079 pulgadas), puede señalar la ubicación de las fuentes con una precisión de 1,4 minutos de arco. El rango de energía es de 15 a 150 keV. [17]
Telescopio ultravioleta/óptico (UVOT)
El UVOT (telescopio ultravioleta/óptico) monitorea el resplandor en luz ultravioleta y visible, y localiza la fuente con una precisión de un segundo de arco. Su apertura es de 30 cm (12 pulgadas), con un número f igual a 12,7, y está respaldado por 2048 x 2048 píxeles CCD de conteo de fotones . La precisión de ubicación de la fuente es mejor que un segundo de arco. [18]
Telescopio de rayos X (XRT)
El telescopio de rayos X (XRT) apunta a la fuente con mayor precisión y monitorea el resplandor en rayos X. Fue construido conjuntamente por la Universidad Estatal de Pensilvania (PSU), el Observatorio Astronómico de Brera , Italia, y la Universidad de Leicester , Reino Unido. Tiene un detector de área de 135 cm2 ( 20,9 pulgadas cuadradas) que consta de 600 x 600 píxeles y cubre el rango de energía de 0,2-10 keV. Puede localizar la fuente de resplandor con una precisión de cuatro segundos de arco. [19]
Objetivos de la misión
La misión Swift tiene cuatro objetivos científicos clave:
Para determinar el origen de los GRB. Parece que existen al menos dos tipos de GRB, de los cuales solo uno puede explicarse mediante una hipernova , que crea un haz de rayos gamma. Se necesitan más datos para explorar otras explicaciones
Utilizar los GRB para ampliar la comprensión del universo joven . Los GRB parecen tener lugar a "distancias cosmológicas" de muchos millones o miles de millones de años luz , lo que significa que pueden utilizarse para investigar el cosmos distante y, por lo tanto, joven.
Realizar un estudio de todo el cielo que será más sensible que cualquier otro estudio anterior y que contribuirá significativamente al conocimiento científico de las fuentes astronómicas de rayos X. Por lo tanto, también podría arrojar resultados inesperados.
Servir como plataforma de observatorio óptico/rayos X/rayos gamma de propósito general, realizando observaciones rápidas de "objetivos de oportunidad" de muchos fenómenos astrofísicos transitorios, como las supernovas.
Historia de la misión
Animación de la órbita del Observatorio Swift alrededor de la Tierra. La Tierra no se muestra.
El 4 de diciembre de 2004, se produjo una anomalía durante la activación del instrumento cuando la fuente de alimentación del refrigerador termoeléctrico (TEC) del telescopio de rayos X no se encendió como se esperaba. El equipo XRT de la Universidad de Leicester y la Universidad Estatal de Pensilvania pudo determinar el 8 de diciembre de 2004 que el XRT podría utilizarse incluso sin que el TEC estuviera en funcionamiento. Las pruebas adicionales realizadas el 16 de diciembre de 2004 no proporcionaron más información sobre la causa de la anomalía.
El 17 de diciembre de 2004 a las 07:28:30 UTC, el telescopio de alerta de ráfagas (BAT) de Swift activó y localizó a bordo un aparente estallido de rayos gamma durante el lanzamiento y las primeras operaciones. [20] La nave espacial no giró de forma autónoma hacia el estallido, ya que el funcionamiento normal aún no había comenzado y el giro autónomo aún no estaba habilitado. Swift tuvo su primer disparador de GRB durante un período en el que el giro autónomo estaba habilitado el 17 de enero de 2005, aproximadamente a las 12:55 UTC. Apuntó el telescopio XRT a las coordenadas calculadas a bordo y observó una fuente brillante de rayos X en el campo de visión. [21]
El 1 de febrero de 2005, el equipo de la misión publicó la primera imagen luminosa del instrumento UVOT y declaró operativo a Swift.
En mayo de 2010, Swift había detectado más de 500 GRB. [22]
En octubre de 2013, Swift había detectado más de 800 GRB. [23]
El 27 de octubre de 2015, Swift detectó su GRB número 1000, un evento llamado GRB 151027B y ubicado en la constelación de Eridanus . [24]
El 10 de enero de 2018, la NASA anunció que la nave espacial Swift había pasado a llamarse Observatorio Neil Gehrels Swift en honor al investigador principal de la misión, Neil Gehrels , quien murió a principios de 2017. [25] [26]
Swift entró en modo seguro el 15 de marzo de 2024 y no estaba realizando tareas científicas. Se desarrolló, se puso en marcha y se probó un parche de software para el modo de dos giroscopios en abril de 2024, y Swift volvió a funcionar normalmente en ese momento. [27]
Detecciones notables
GRB 080319B , uno de los eventos astronómicos más brillantes jamás detectados, visto en rayos X y luz visible/UV.GRB 151027B, el GRB número 1000 detectado por Swift.Mapa de todo el cielo de los GRB detectados por Swift entre 2004 y 2015.Ilustración de una enana marrón combinada con un gráfico de curvas de luz de OGLE-2015-BLG-1319: datos terrestres (gris), Swift (azul) y Spitzer (rojo)
9 de mayo de 2005: Swift detectó GRB 050509B , un estallido de rayos gamma que duró una vigésima parte de un segundo. Esta detección marcó la primera vez que se había identificado la ubicación precisa de un estallido de rayos gamma de corta duración y la primera detección de resplandor de rayos X en un estallido corto individual. [28] [29]
4 de septiembre de 2005: Swift detectó GRB 050904 con un valor de desplazamiento al rojo de 6,29 y una duración de 200 segundos (la mayoría de las ráfagas detectadas duran unos 10 segundos). También se descubrió que era la más distante detectada hasta ahora, a aproximadamente 12.600 millones de años luz .
18 de febrero de 2006: Swift detectó GRB 060218 , un estallido inusualmente largo (de unos 2000 segundos de duración) y cercano (a unos 440 millones de años luz), que fue inusualmente tenue a pesar de su proximidad, y puede ser una indicación de una supernova inminente .
14 de junio de 2006: Swift detectó GRB 060614 , un estallido de rayos gamma que duró 102 segundos en una galaxia distante (a unos 1.600 millones de años luz). No se observó ninguna supernova después de este evento (ni tampoco GRB 060505, en realidad), lo que llevó a algunos a especular que representaba una nueva clase de progenitores. Otros sugirieron que estos eventos podrían haber sido muertes estelares masivas, pero que produjeron muy poco 56 Ni radiactivo para impulsar una explosión de supernova.
9 de enero de 2008: Swift estaba observando una supernova en NGC 2770 cuando presenció un estallido de rayos X proveniente de la misma galaxia. Se descubrió que la fuente de este estallido era el comienzo de otra supernova, más tarde llamada SN 2008D . Nunca antes se había visto una supernova en una etapa tan temprana de su evolución. Después de este golpe de suerte (posición, tiempo, instrumentos más apropiados), los astrónomos pudieron estudiar en detalle esta supernova de tipo Ibc con el telescopio espacial Hubble , el observatorio de rayos X Chandra , el Very Large Array en Nuevo México , el telescopio Gemini Norte en Hawai , el telescopio Gemini Sur en Chile, el telescopio Keck I en Hawai, el telescopio PAIRITEL de 1,3 m (4 pies 3 pulgadas) en el Monte Hopkins , los telescopios de 200 pulgadas y 60 pulgadas (1.500 mm) en el Observatorio Palomar en California , y el telescopio de 3,5 m (11 pies) en el Observatorio Apache Point en Nuevo México. La importancia de esta supernova fue comparada por la líder del equipo de descubrimiento, Alicia Soderberg, con la de la Piedra Rosetta para la egiptología. [30]
8 y 13 de febrero de 2008: Swift proporcionó información crítica sobre la naturaleza del Voorwerp de Hanny , principalmente la ausencia de una fuente ionizante dentro del Voorwerp o en el vecino IC 2497 .
19 de marzo de 2008: Swift detectó el GRB 080319B , un estallido de rayos gamma que se encuentra entre los objetos celestes más brillantes jamás observados. A 7.500 millones de años luz , Swift estableció un nuevo récord para el objeto más lejano (brevemente) visible a simple vista. También se dijo que era 2,5 millones de veces intrínsecamente más brillante que la supernova más brillante aceptada anteriormente (SN 2005ap) . Swift observó un récord de cuatro GRB ese día, que también coincidió con la muerte del famoso escritor de ciencia ficción Arthur C. Clarke . [31]
13 de septiembre de 2008: Swift detectó GRB 080913 , en ese momento el GRB más distante observado (12.800 millones de años luz) hasta la observación de GRB 090423 unos meses más tarde. [32] [33]
23 de abril de 2009: Swift detectó GRB 090423 , la explosión cósmica más distante jamás observada hasta ese momento, a 13.035 millones de años luz. En otras palabras, el universo tenía sólo 630 millones de años cuando se produjo esta explosión. [34]
29 de abril de 2009: Swift detectó GRB 090429B , que según un análisis posterior publicado en 2011 se encontraba a 13.140 millones de años luz de distancia (aproximadamente el equivalente a 520 millones de años después del Big Bang), incluso más lejos que GRB 090423. [35]
16 de marzo de 2010: Swift igualó su récord al detectar y localizar nuevamente cuatro ráfagas en un solo día.
13 de abril de 2010: Swift detectó su GRB número 500. [36]
28 de marzo de 2011: Swift detectó Swift J1644+57, cuyo análisis posterior demostró que posiblemente se trata de la señal de una estrella que está siendo desbaratada por un agujero negro o de la ignición de un núcleo galáctico activo. [37] "Esto es verdaderamente diferente de cualquier evento explosivo que hayamos visto antes", dijo Joshua Bloom de la Universidad de California, Berkeley , el autor principal del estudio publicado en la edición de junio de Science . [38]
16 y 17 de septiembre de 2012: BAT se activó dos veces en una fuente de rayos X duros previamente desconocida, llamada Sw J1745-26 , a unos pocos grados del centro galáctico . La explosión, producida por una rara nova de rayos X, anunció la presencia de un agujero negro de masa estelar previamente desconocido que estaba experimentando una transición dramática del estado bajo/duro al alto/suave. [39] [40] [41]
2013: Descubrimiento de una clase ultralarga de estallidos de rayos gamma
24 de abril de 2013: Swift detectó una llamarada de rayos X procedente del centro galáctico. Se comprobó que no estaba relacionada con Sgr A* sino con un magnetar del que no se sospechaba nada hasta entonces . Observaciones posteriores realizadas por el NuSTAR y el Observatorio de rayos X Chandra confirmaron la detección. [42]
27 de abril de 2013: Swift detectó el estallido de rayos gamma GRB 130427A, "sorprendentemente brillante" . Observado simultáneamente por el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi , es uno de los cinco GRB más cercanos detectados y uno de los más brillantes vistos por ambos telescopios espaciales. [43]
3 de junio de 2013: Evidencia de emisión de kilonovas en GRB corto
23 de abril de 2014: Swift detectó la secuencia de llamaradas estelares más intensa, más intensa y más duradera jamás vista en una estrella enana roja cercana . La explosión inicial de esta serie de explosiones sin precedentes fue hasta 10.000 veces más potente que la mayor llamarada solar jamás registrada. [44]
3 de mayo de 2014: La detección de un pulso UV de un iPTF descubrió una SN joven de tipo Ia
27 de octubre de 2015: Swift detectó su estallido de rayos gamma número 1000, GRB 151027B. [24]
18 de agosto de 2017: Swift descubre la emisión ultravioleta de la kilonova AT 2017gfo , la contraparte electromagnética de GW170817 . [16]
23 de septiembre de 2017: Swift es el primero en identificar TXS 0506+056 como la posible fuente de los neutrinos de energía extremadamente alta (EHE) IceCube-170922A . [46]
14 de enero de 2019: Swift descubre el estallido de rayos gamma más potente observado, GRB 190114C , que alcanza energías de teraelectronvoltios . [47]
09 de octubre de 2022: Swift descubre, simultáneamente con Fermi, GRB 221009A , uno de los GRB más cercanos jamás detectados y el más brillante jamás detectado.
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Lectura adicional
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Enlaces externos
Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Misión Swift de explosión de rayos gamma .
Sitio web Swift de la NASA/GSFC
Sitio web Swift del Centro de datos científicos Swift del Reino Unido
Sitio web Swift de la Universidad Estatal de Pensilvania
Sitio web de Swift de la Universidad Estatal de Sonoma
Mapa del cielo en tiempo real de estallidos de rayos gamma
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