フェルミガンマ線宇宙望遠鏡

2008 年 3 月 4 日、宇宙船はフロリダ州タイタスビルのAstrotechペイロード処理施設に到着した。^{[ 33 ]} 2008 年 6 月 4 日、何度か延期された後、打ち上げ予定日は早くても 6 月 11 日に変更された。^{[ 34 ] [ 35 ]}最後の延期は、飛行終了システムのバッテリーを交換する必要があったためである。^{[ 36 ]}打ち上げウィンドウは、2008 年 8 月 7 日まで、毎日15:45 から 17:40 UTC まで延長された。 ^{[ 36 ]} 

2008年6月11日16時05分（協定世界時）、ケープカナベラル空軍基地宇宙発射複合施設17-Bからデルタ7920H-10Cロケット による打ち上げが成功裏に行われた。宇宙船の分離は打ち上げから約75分後に行われた。

フェルミ衛星は高度550km （340マイル）、軌道傾斜角28.5度の低地球円軌道上に位置している。 ^{[ 37 ]}  

GLASTは2008年6月23日にコンピュータソフトウェアに若干の修正を加えた。

LATとGBMの両方を制御するコンピュータと、LATのほとんどのコンポーネントは、2008年6月24日に稼働を開始した。LATの高電圧は6月25日にオンになり、宇宙からの高エネルギー粒子の検出を開始したが、装置の校正にはまだ微調整が必​​要だった。GBMの高電圧も6月25日にオンになったが、GBMはガンマ線バーストの探索を開始する前に、さらに1週間のテストと校正が必要だった。

SLAC国立加速器研究所のジェニファー・カーソンは、フェルミ衛星の計測機器と目標の概要を発表した後、主要な目標は「全天スキャン観測モードですべて達成可能」であると結論付けた。^{[ 38 ]}フェルミ衛星は2008年6月26日に「全天サーベイモード」に切り替え、3時間ごと（2周回ごと）に視野を全天にわたって掃引し始めた。

2013年4月30日、NASAは、この望遠鏡が1年前の2012年4月に、冷戦時代のソ連のスパイ衛星コスモス1805号との衝突を間一髪で回避していたことを明らかにした。数日前の軌道予測では、2つの衛星が30ミリ秒以内に同じ宇宙空間の地点に到達すると予測されていた。4月3日、望遠鏡の運用担当者は、衛星の高利得放物面アンテナを格納し、太陽電池パネルを邪魔にならないように回転させ、ロケットスラスタを1秒間噴射して衛星を軌道から外すことを決定した。望遠鏡が軌道に投入されてから約5年間スラスタは使用されていなかったが、正常に作動し、潜在的な大惨事を回避できた。^{[ 39 ]}

2013年8月、フェルミは5年間のミッション延長を開始した。^{[ 40 ]}

2015年6月、フェルミLATコラボレーションは「Pass 8 LATデータ」を公開した。^{[ 41 ]} LATで使用される解析フレームワークの反復は「パス」と呼ばれ、打ち上げ時のフェルミLATデータはPass 6を使用して解析された。Pass 6の大幅な改良は、2011年8月にデビューしたPass 7に含まれていた。

Fermi LATが打ち上げ以来検出したすべてのデータは、LAT検出器が各イベントと背景の両方にどのように反応したかを学ぶために、最新のツールで再検証されました。この理解の向上により、2つの大きな改善がもたらされました。以前の分析で見逃されていたガンマ線が検出され、ガンマ線が到来した方向がより高い精度で決定されました。^{[ 42 ]}後者の影響は、右の図に示すように、Fermi LATの視認性を向上させることです。パス8では、より優れたエネルギー測定と大幅に増加した有効面積も実現しました。ミッションデータセット全体が再処理されました。

これらの改良は、Fermi LAT が検出できるエネルギー範囲の低端と高端の両方に最も大きな影響を与え、結果として LAT が有用な観測を行うことができるエネルギー範囲を拡大します。 Pass 8 による Fermi LAT の性能向上は非常に劇的であるため、このソフトウェア アップデートは、史上最も安価な衛星アップグレードと呼ばれることもあります。数多くの進歩の中でも、暗黒物質の相互作用による銀河スペクトル線のより良い探索^{[ 43 ]} 、広がった超新星残骸の分析^{[ 44 ]}、および銀河面内の広がった光源の探索^{[ 45 ]が可能になりました。}

ほぼすべてのイベントクラスにおいて、バージョン P8R2 には完全に等方的ではない残留バックグラウンドがありました。この異方性は、反同時計数検出器のリボンを漏れる宇宙線電子に起因することが判明し、一連のカットにより、受容への影響を最小限に抑えつつこれらのイベントを除外することができました。この選択により、LAT データの P8R3 バージョンが作成されました。^{[ 46 ]}

2018年3月16日、フェルミ衛星の太陽電池アレイの1つが回転を停止し、「セーフホールド」モードへの移行と機器の電源オフが行われた。フェルミ衛星の太陽電池アレイには、アレイを回転させて太陽光への露出を最大化するモーターが搭載されている。調査の結果、この回転を駆動するモーターが動作しなくなったことが判明した。3月27日、衛星は太陽光発電を最大化するために軌道に対して一定の角度に配置された。翌日、GBM機器の電源が再びオンになった。4月2日、運用担当者はLATの電源をオンにし、4月8日に運用を再開した。電力と熱の要件の変化に対応してデータ収集を継続するために、代替の観測戦略が開発された。^{[ 47 ]}この障害の結果、衛星は現在、ほぼ「サーベイモード」でのみ運用されている。障害が発生する前は、GRBの位置を監視するために自律的な再指向をよく使用していた。^{[ 48 ]}

これは約10年ぶりの機械故障だった。

2018年から、LATは数時間から数日間続く断続的な障害に見舞われた。^{[ 49 ]}

トランプ大統領は、2026会計年度予算要求の一環として、フェルミ計画の中止を要請し、「機関内での優先順位が高い」として、2026年度から予算をゼロにしたが、その年度の予算は全額確保された。^{[ 50 ]} 2027年度予算要求でも、トランプ大統領は再び同計画の予算をゼロにした。^{[ 51 ]}

最初の大きな発見は、宇宙望遠鏡がCTA 1超新星残骸の中に、ガンマ線帯のみで放射線を放出していると思われるパルサーを検出したことであり、これはこの種のものとしては初めてのことだった。^{[ 52 ]}この新しいパルサーは316.86ミリ秒ごとに地球を一周し、約4,600光年離れている。^{[ 53 ]}

2008年9月、りゅうこつ座のガンマ線バーストGRB 080916Cがフェルミ望遠鏡によって観測された。このバーストは「これまで測定された中で最大の見かけ上のエネルギー放出」で注目に値する。^{[ 54 ]}この爆発は約9,000個の通常の超新星の威力があり、爆発で放出された相対論的ジェット物質は少なくとも光速の99.9999%の速度で移動したに違いない。全体として、GRB 080916Cはこれまで観測された中で「最大の総エネルギー、最速の動き、および最高の初期エネルギー放出」を持っていた。^{[ 55 ]}

2009年、フェルミ望遠鏡のデータから、天の川銀河の中心付近の球状領域からガンマ線が過剰に放出されていることが発見された。これは現在、銀河中心GeV過剰として知られている。この過剰の起源は不明である。ダークマターの自己消滅やパルサーの集団などが原因として考えられている。^{[ 56 ]}

2010年2月、^{[ 57 ]} Fermi-LATが超新星残骸が宇宙粒子の巨大な加速器として機能することを突き止めたと発表された。この突き止めは、このプロジェクトの掲げた使命の1つを達成した。^{[ 58 ]}

2010年3月、活動銀河核はガンマ線背景放射の大部分の原因ではないと発表されました。 ^{[ 59 ]}活動銀河核は地球上で検出されるガンマ線放射の一部を生成していますが、これらの発生源からのガンマ線放射は30%未満です。現在、検出されるガンマ線の残りの約70%の発生源を探すことが求められています。可能性としては、星形成銀河、銀河の合体、まだ説明されていない暗黒物質の相互作用などが挙げられます。

銀河のガンマ線およびX線バブル

天の川銀河中心部のガンマ線とX線のバブル：上：イラスト、下：動画。

2010年11月、天の川銀河の周囲にガンマ線とX線を放出する2つのバブルが検出されたと発表されました。 ^{[ 60 ]}フェルミバブルと名付けられたこれらのバブルは、銀河中心の上方と下方に約2万5千光年広がっています。 ^{[ 60 ]}銀河の拡散ガンマ線霧が以前の観測を妨げていましたが、G. ドブラーの研究に基づいて、D. フィンクバイナー率いる発見チームはこの問題を克服しました。^{[ 60 ]}

2012年初頭、フェルミ/GLASTは太陽フレアで観測された中で最もエネルギーの高い光を観測した。^{[ 61 ]}

フレアのピーク時、LATは可視光の20億倍、すなわち約40億電子ボルト（GeV）のエネルギーを持つガンマ線を検出し、太陽フレア発生中または直後に検出された光としては史上最高エネルギーの記録を樹立した。

フェルミ望遠鏡は、数多くの地上のガンマ線バーストを観測・検出しており、そのようなバーストが100兆個の陽電子を生成する可能性があることを発見した。これは科学者たちが以前予想していたよりもはるかに多い数である。^{[ 62 ]}

2013年4月27日、フェルミ衛星は、これまで記録された中で最も高いエネルギー出力を持つガンマ線バーストGRB 130427Aを検出した。[ 63 ]^これには 、940億電子ボルト（GeV）を超えるガンマ線の検出も含まれていた。^{[ 63 ]}これは、フェルミ衛星のこれまでの検出記録を3倍以上も上回った。^{[ 63 ]}

Fermi は、GBM 装置が 50 keV を超える弱いガンマ線バーストを検出したと報告した。このバーストはLIGOイベントの 0.4 秒後に始まり、位置の不確実性領域は LIGO 観測の不確実性領域と重なっていた。Fermi チームは、このようなイベントが偶然またはノイズの結果である確率を 0.22% と計算した。^{[ 65 ]}しかし、INTEGRAL望遠鏡の全天 SPI-ACS 装置による観測では、イベントからのガンマ線および硬 X 線でのエネルギー放出は、重力波として放出されたエネルギーの 100 万分の 1 未満であることが示され、「この制限により、イベントが観測者に向かう相当量のガンマ線放射に関連している可能性は排除される」と結論付けられた。Fermi GBM で観測された信号が GW150914 に関連していた場合、SPI-ACS は背景より 15 シグマ高い有意性でそれを検出しただろう。^{[ 66 ]} AGILE宇宙望遠鏡も、この事象のガンマ線対応物を検出しなかった。^{[ 67 ]} 2016年6月に発表された独立グループによるフェルミ報告書の追跡分析では、最初の分析に統計的な欠陥があると指摘し、この観測は統計的変動または1秒の時間スケールでの地球のアルベドの過渡現象と一致すると結論付けた。^{[ 68 ] [ 69 ]}しかし、この追跡分析に対する反論では、独立グループがフェルミGBMチームの元の論文の分析を誤って伝え、したがって元の分析の結果を誤って解釈したと指摘した。反論では、偽の同時発生確率は経験的に計算されており、独立分析によって反駁されていないことを再確認した。^{[ 70 ] [ 71 ]}

2018年10月、天文学者たちは、地球から17億光年離れたGRB 150101Bが、歴史的なGW170817に類似している可能性があると報告した。これは、フェルミガンマ線宇宙望遠鏡に搭載されたガンマ線バーストモニターによって2015年1月1日15時23分35秒（協定世界時）に検出され、スウィフト天文台衛星に搭載されたバーストアラート望遠鏡（BAT）によっても検出された。^{[ 72 ]}

重力波イベントを引き起こしたと考えられているタイプのブラックホール合体は、恒星質量ブラックホール連星系には大量の周回物質がないと予想されるため、ガンマ線バーストを引き起こすとは予想されていません。アヴィ・ローブは、大質量星が高速回転している場合、その崩壊中に発生する遠心力によって回転する棒が形成され、それがダンベル型の2つの高密度の物質の塊に分裂してブラックホール連星系となり、星の崩壊の終わりにガンマ線バーストを引き起こすという理論を提唱しました。^{[ 73 ] [ 74 ]}ローブは、0.4秒の遅延は、重力波に対してガンマ線バーストが星を横切るのにかかった時間であると示唆しています。^{[ 74 ] [ 75 ]}

2017年8月17日、フェルミガンマ線バーストモニターソフトウェアは、後にGRB 170817Aと命名されたガンマ線バーストを検出、分類、位置特定した。6分後、ハンフォードLIGOの単一検出器が、GRB 170817Aイベントの2秒前に発生した連星中性子星合体と一致する重力波候補を検出した。この観測は「単一の発生源からの重力波と電磁波の最初の同時検出」であった。^{[ 76 ]}

ガンマ線バーストモニター（GBM）（旧称GLASTバーストモニター）は、ガンマ線バーストや太陽フレアによって発生する突発的なガンマ線フレアを検出します。シンチレーターは宇宙船の側面に配置されており、地球によって遮られない全天を観測できます。設計は時間と光子エネルギーの分解能を最適化するように設計されており、感度は8 keV （中程度のX線）から40 MeV （中エネルギーガンマ線）。

「ガンマ線バーストは非常に明るいため、数十億光年離れた場所からでも見ることができます。つまり、それらは数十億年前に発生したものであり、私たちは当時の姿を見ているのです」と、NASAマーシャル宇宙飛行センターのチャールズ・ミーガンは述べています。^{[ 77 ]}

ガンマ線バーストモニターは、強力な雷雨で発生した陽電子からのガンマ線を検出した。^{[ 62 ]}

大面積望遠鏡（LAT）は、地上の粒子加速器で使用されている技術と同様の技術を用いて個々のガンマ線を検出します。光子は薄い金属板に衝突し、電子・陽電子対生成と呼ばれるプロセスを経て電子・陽電子対に変換されます。これらの荷電粒子は、シリコンマイクロストリップ検出器の層を交互に通過し、電離を起こして検出可能な微小な電荷パルスを生成します。研究者は、このトラッカーの複数の層からの情報を組み合わせて、粒子の経路を特定することができます。トラッカーを通過した後、粒子はカロリメーターに入ります。カロリメーターは、ヨウ化セシウムシンチレーター結晶の積層体で構成されており、粒子の全エネルギーを測定します。LATの視野は広く、空の約20%を占めます。画像の解像度は天文学の基準からすると控えめで、最高エネルギーの光子では数分角、100 MeVでは約3度です。20 MeV から300 GeV （中エネルギーから一部の超高エネルギーガンマ線まで）のエネルギー範囲を観測します。LATは、1990年代にNASAのコンプトンガンマ線観測衛星に搭載されたEGRET装置のより大型で高性能な後継機です。LATの構成要素は複数の国が製造し、 SLAC国立加速器研究所に組み立てのために送られました。SLACにはLAT装置科学運用センターもあり、LAT科学協力チームとNASAのために、フェルミミッション中のLATの運用をサポートしています。