Figura 1:Diagrama conceptual del telescopio de rayos gamma en emulsión. Consiste en un convertidor hecho de una pila de capas de película de emulsión, cambio de múltiples etapas del mecanismo de sello de tiempo, y cámara estrella de seguimiento de orientación. El convertidor detecta la reacción de creación de pares de electrones de rayos gamma, agrega información de tiempo con el mecanismo de sello de tiempo, y al combinar esto con los datos de seguimiento de la orientación, podemos determinar la dirección de los rayos gamma desde el espacio. Crédito:Universidad de Kobe
Los rayos gamma cósmicos pueden proporcionarnos información importante sobre los fenómenos de alta energía en nuestro universo. La colaboración GRAINE (Gamma-Ray Astro-Imager with Nuclear Emulsion) tiene como objetivo registrar rayos gamma cósmicos de alta energía a alta resolución utilizando un telescopio de emulsión nuclear transportado por globos. En abril de 2018, el equipo completó con éxito otra prueba de vuelo en globo.
La película de emulsión nuclear puede registrar pistas de partículas cargadas de alta energía con el nivel de precisión más alto del mundo. El telescopio gamma desarrollado por el proyecto GRAINE es capaz de analizar automáticamente una gran superficie de esta película y agregar marcas de tiempo, crear un telescopio con las mejores capacidades de resolución angular del mundo, sensibilidad de polarización, y la mayor apertura del mundo. Sobre la base de los avances de la investigación y los experimentos con globos en 2011 y 2015, el equipo ha perfeccionado la capacidad del telescopio de emulsión para observar rayos gamma cósmicos de alta energía a través de vuelos en globo.
El equipo está dirigido por el profesor Shigeki Aoki y el profesor asistente de proyectos Satoru Takahashi (miembros de la Escuela de Posgrado en Desarrollo Humano y Medio Ambiente de la Universidad de Kobe) en colaboración con el investigador Hiroki Rokujo (Escuela de Posgrado en Ciencias de la Universidad de Nagoya). El logro del vuelo de prueba se presentó en la 42a Asamblea Científica del COSPAR (Comité de Investigación Espacial) 2018 (14 al 22 de julio) el 17 de julio.
El experimento del globo en Australia en abril de 2018 tenía como objetivo observar Vela Pulsar, una conocida fuente brillante de rayos gamma. Los preparativos finales para el experimento del globo se completaron en marzo en el sitio de lanzamiento en Alice Springs, y luego vino la espera de vientos de altura para cumplir las condiciones para volar.
Figura 2:Preparativos finales para la prueba del globo. Instalamos un cambiador de múltiples etapas dentro del anillo del recipiente a presión (dirección transversal 1,5 m) y montamos los paquetes de película de emulsión por encima de este. Cada unidad de paquete de película de emulsión mide 37,8 cm × 25 cm, con una pila de 113 capas de película. Las unidades se alinearon en grupos de cuatro para crear una superficie de 3780 cm2. En el borde exterior del anillo del recipiente a presión puede ver las lentes (negras) de las cámaras estelares orientadas en tres direcciones. Crédito:Universidad de Kobe
Se hicieron el doble de predicciones para vientos de gran altitud adecuados y se prepararon para el lanzamiento, pero los vientos a nivel del suelo no fueron suficientes para el lanzamiento y el lanzamiento se pospuso. El 26 de abril, los vientos pronosticados a gran altitud y a nivel del suelo cumplieron las condiciones de lanzamiento y vuelo, ya las 6:33 am hora local tuvieron éxito en el lanzamiento. El globo se elevó constantemente, alcanzando una altitud de 38 km después de dos horas, antes de ser arrastrado hacia el este por el viento e iniciar una deriva horizontal (figura 6). Después de un período de tiempo que cubrió la ventana de observación de Vela Pulsar (15-22 horas), a las 22:19 el equipo detuvo el telescopio de emulsión. Habiendo predicho cuidadosamente su lugar de aterrizaje, a las 23:17 soltaron el globo y utilizaron un paracaídas para aterrizar el telescopio a las 23:54, aproximadamente a 900 km al este de Alice Springs a una longitud de 250 km al suroeste.
El tiempo total de vuelo fue de 17 horas 21 minutos, incluyendo 15 horas de viaje horizontal a una altura de 36-38 km. Además de lograr el mayor tiempo de vuelo en globo para experimentos con globos de telescopio de emulsión, el telescopio de emulsión se mantuvo estable durante todo el vuelo. Al día siguiente, el equipo recuperó el telescopio de emulsión (incluida la película de emulsión y el disco de datos) en Longreach, y envió la película de emulsión a la Universidad de Sydney utilizando transporte refrigerado. En la Universidad de Sydney almacenaron la película de emulsión en condiciones refrigeradas, llevó a cabo desarrollos de prueba de la película de emulsión durante parte del vuelo, y usó la observación microscópica para confirmar que no hubo problemas con las imágenes capturadas durante el vuelo.
Durante mayo completaron con éxito el procesamiento de la película en emulsión para un total de 489 hojas de película con un área combinada de 43,8 metros cuadrados. Esto marcó la etapa final del experimento del globo telescópico de emulsión de 2018 en Australia.
Los miembros de la colaboración comentan, "Nuestro equipo está analizando actualmente los datos de vuelo con el objetivo de detectar Vela Pulsar y comprobar el rendimiento general del telescopio. Después de esto, Repetiremos vuelos largos para el telescopio de emulsión de gran apertura con el objetivo de iniciar observaciones científicas ".
Figura 3:Preparativos finales para la prueba del globo. La carcasa del recipiente a presión está cerrada. Puede ver las capuchas de prevención de luz parásita de la cámara estrella (plateadas) apuntando en 3 direcciones. Crédito:Universidad de Kobe
Figura 4:Justo antes del lanzamiento del globo. Crédito:JAXA Yuya Kakehashi
Figura 5:Lanzamiento del globo. 26 de abril a las 6:33 hora local. La parte superior del globo a la parte inferior (directamente encima de la luz) mide 130 m. Cuando el globo está completamente inflado tiene un volumen de 300, 000 metros cúbicos. Un paracaídas y el telescopio de emulsión (luz inferior) cuelgan debajo del globo, unido por cuerdas. Crédito:Universidad de Kobe
Figura 6:La trayectoria de vuelo del globo. La estrella de la izquierda marca el comienzo y la estrella de la derecha marca el punto final de un viaje de aproximadamente 900 km. Crédito:Universidad de Kobe
Figura 7:Película de emulsión del vuelo después del procesamiento. Crédito:Universidad de Kobe
Figura 8:Imagen de microscopio de la película de emulsión después del procesamiento. El ancho de esta imagen es de aproximadamente 0,1 mm. Puede ver pistas de partículas pesadas distintivas (pistas oscuras rectas) en la película. Crédito:Universidad de Kobe
