Detecção / Observação em Raios-X e Raios-γ. M a r i a L u i z a L i n h a r e s D a n t a s P r o f. J o r g e M e l e n d e z

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1 Detecção / Observação em Raios-X e Raios-γ M a r i a L u i z a L i n h a r e s D a n t a s P r o f. J o r g e M e l e n d e z São Paulo, 18 de Abril de 2013

2 OBSERVAÇÃO EM ALTAS ENERGIAS: OS DESAFIOS Apenas nos anos 60 foi possível começar a realizar observações em altas frequências. Pois: A atmosfera terrestre absorve a radiação nessa faixa. Então, tornou-se necessária a observação a partir do ESPAÇO! MAIS: Radiação em altas frequências (raios-x e raios-γ) interage diretamente com os núcleos dos átomos.

3 OBSERVAÇÃO EM ALTAS ENERGIAS: OS DESAFIOS (II) Cada área da Astrofísica Observacional desenvolve suas próprias técnicas; Isso ocorre porque a comunicação entre os astrônomos das mais diversas áreas quase não ocorre O autor, Kitchin, sugere melhorias na comunicação entre as áreas, quebrando com a tradição de que cada técnica deve ser desenvolvida individualmente.

4 RADIAÇÃO DE ALTAS ENERGIAS Para simplificar o estudo/observação em altas energias, temos: UV extremo (EUV ou XUV): λ=10 a100 nm (de 12 até120 ev ); Raios-X moles: λ=1 a10 nm (120 até1200 ev); Raios-X (duros): λ= 0,01 a 1nm (1,2 até 120 kev); Raios-γ moles: λ= 0,001 a 0,01nm (120 a1200 kev); Raios-γ (duros): menos de 0,001nm (energia maior do que1,2 MeV).

5 CAUSAS E ORIGENS DA RADIAÇÃO DE ALTAS ENERGIAS NO UNIVERSO Algumas das causas: Radiação Synchrotron; Efeito Compton Inverso; Radiação livre-livre (Bremsstralung); Decaimento de píons. Algumas das origens: Sol; Pulsares; Remanescentes de supernovas; AGNs; Raios Cósmicos; Quasares; Meio intergaláctico; Etc.

6 DETECÇÃO Nesta seção veremos alguns dos equipamentos desenvolvidos na detecção de radiação de altas energias.

7 DETECÇÃO CONTADOR GEIGER Instrumento muito utilizado até hoje; Mede a corrente causada pela ionização causada pela interação da radiação com o gás;

8 DETECÇÃO CONTADOR GEIGER (& CONTADOR PROPORCIONAL) Instrumento muito utilizado até hoje; Mede a corrente causada pela ionização causada pela interação da radiação com o gás; Problemas: A amplificação causada pelo Efeito Townsend (alavancagem) rapidamente satura os sensores; Além disso, existe o tempo morto que mascara a verdadeira quantidade de radiação que incide; Uma solução: contadores proporcionais, que são uma versão aprimorada do Contador Geiger; funcionam a voltagens mais baixas são menos saturados.

9 DETECÇÃO CINTILADORES Existem dois tipos de detectores cintiladores: Os simples (ou seja, simplesmente detectores cintiladores ) é usado no Gamma-ray Large Area Space Telescope (GLAST); Contadores proporcionais de gás cintiladores (uma combinação do detector cintilador simples e o contador proporcional Geiger melhorado) muito sensíveis e possuem precisão de 8% (muito usados em satélites, telescópios espaciais); Fenômeno: A radiação pode arrancar elétrons de níveis que não sejam o de valência; Consequência: cria-se um buraco que rapidamente é preenchido por elétrons de camadas superiores. Detecção: o elétron que decai emite um fóton que pode ser detectado num meio transparente a tal radiação.

10 DETECÇÃO CINTILADORES Esquema de funcionamento de um cintilador

11 OUTROS DETECTORES (I) CCDs: estão sendo cada vez mais usados e melhorados para observações em altas energias Chandra usa esta tecnologia; Superconducting tunnel junction detectors: já bastante relatado anteriormente ; Detectores de interação Compton: fótons de altíssimas energias podem causar cintilação por efeito Compton, o que suja os dados. Esse fenômeno é corrigido por este aparelho que distingue a cintilação comum daquela causada por Compton; Spark detector: usado para detectar raios-γ com energias acima de 20MeV a radiação interage com o Tungstênio produzindo pares elétron-pósitron e estes podem ser detectados pelos seus trajetos no câmara de faísca. Cerenkov detector: para radiação extremamente energética (TeV UAU!) - CANGAROO-II Cerenkov Telescope;

12 OUTROS DETECTORES (II) Solid-state Detectors: existem vários tipos (como CCDs e Superconducting...); Microchannel Plates: usado principalmente para a detecção de EUV/XUV e raios-x moles também conhecido como Multi-Anode Micro-channel Arrays (MAMAs) uma variante dos fotomultiplicadores; E outros menos comuns, como Nuclear emulsions;

13 TÉCNICAS Shielding Normalmente nenhum dos detectores é usado isoladamente; O Shielding é o uso combinado desses detectores; Várias combinações são possíveis. Imageamento Extremamente difícil por conta da natureza penetrante desses raios; As únicas técnicas possíveis são: Ocultação (Occultation); Colimação; Coincidence Detection. Telescópios refletores Muito úteis para radiação de energias até 100keV (os fótons podem ser refletidos em até 50%).

14 UM POUCO MAIS SOBRE RAIOS GAMMA

15 NOVAS DESCOBERTAS Bolhas no centro da Via Láctea:

16 BIBLIOGRAFIA Astrophysical Techniques C.R. Kitchin (seção 1.3); Wikipedia Youtube Canal NASAexplorer

17 FIM Obrigada!