IV Fremtidige missioner og perspektiver

Det primære mål med udviklingen af ethvert nyt teleskop er at øge følsomheden kombineret med en forbedret vinkel- og spektralopløsning. I gammastråleregimet betyder dette uvægerligt en forbedret bestemmelse af fotoninteraktionspositioner og energidepositioner i det detekterende medium. En mere nøjagtig bestemmelse af egenskaberne ved vekselvirkende gammastråler fører direkte til en lavere baggrundsrate, da der er mindre sandsynlighed for, at ægte himmelske begivenheder forveksles med baggrundsinteraktioner. Stort set alle gammastråleteleskoper, der er under udvikling, søger at forbedre disse interaktionsmålinger ved at udnytte nye detektorteknologier. Den rumlige og energimæssige opløsning i detektormaterialer er f.eks. stærkt forbedret ved hjælp af nyudviklede halvlederstrimler og pixeldetektorer (f.eks. silicium, germanium og CdZnTe). Den fortsatte udfordring består i at fremstille sådanne følsomme små enheder i tilstrækkeligt store og pålidelige mængder til at kunne indgå i nye instrumenter til store områder til en rimelig pris. Et andet fælles træk ved højenergiteleskoper er det store antal datasignaler, som skal behandles og registreres i multikanaldetektorsystemer. Øget brug af brugerdefinerede applikationsspecifikke integrerede kredsløb (ASIC’er), der anvender VLSI-teknikker (Very Large Scale Integration), er en forudsætning for effektiv drift af højenergiinstrumenter. Heldigvis fortsætter beregningshastigheden og datalagringskapaciteten med at stige i et støt tempo, og eksperimentalisterne er hurtige til at udnytte disse nye muligheder i deres instrumentdesigns.

I skrivende stund (2001) er der planlagt en række gammastrålemissioner, der skal opsendes i den nærmeste fremtid (se tabel II). Blandt disse er det internationale laboratorium for gammastråleastrofysik (INTEGRAL), en mission under Den Europæiske Rumorganisation (ESA) med deltagelse af Rusland og NASA, en af de vigtigste. INTEGRAL skal opsendes i 2002 og vil være dedikeret til spektroskopi med høj opløsning (E/ΔE ∼ 500) og billeddannelse (∼ 12″ FWHM) i energiområdet fra 15 kev til 10 MeV. INTEGRAL har to gammastråleinstrumenter, SPI-spektrometeret og IBIS-billeddanneren, der begge drives som teleskoper med kodet blænde til nøjagtig kildeidentifikation. SPI anvender germaniumdetektorer af høj renhed, mens IBIS anvender to detektorplaner, et forreste lag af CdTe-elementer og et andet lag bestående af CsI-pixels. I erkendelse af behovet for bredbåndsdækning er INTEGRAL også udstyret med to røntgenmonitorer med kodet åbning (JEM-X) samt et optisk overvågningskamera (OMC). Det primære videnskabelige mål med INTEGRAL-instrumenterne er at foretage spektroskopiske undersøgelser med høj opløsning af kilder i spektrets kerneområde.

Gamma-Ray Large Area Space Telescope (GLAST), som efter planen skal opsendes af NASA i 2005, vil være opfølgningsmissionen til det meget vellykkede CGRO EGRET-eksperiment. GLAST’s følsomhed, fra 20 MeV til 300 Gev, vil strække sig langt ud over EGRET’s område og vil give den meget nødvendige dækning i den dårligt observerede Gev-region af spektret. I GLAST vil der blive anvendt en mere moderne partikelsporingsteknologi (silikonestrimledetektorer) i stedet for de gnistkammergitre, der blev anvendt i tidligere parproduktionsteleskoper. GLAST vil have et stort synsfelt (∼ 2 sr) og opnå en faktor 30 bedre fluxfølsomhed og en faktor 10 bedre evne til at lokalisere punktkilder sammenlignet med EGRET. GLAST vil også være udstyret med en gammastråleudbrudsmonitor.

Missioner, der er designet specielt til undersøgelser af gammastråleudbrud, omfatter HETE-2 og Swift. High-Energy Transient Experiment-2 (HETE-2) blev opsendt i 2000 og blev sat i drift i begyndelsen af 2001. Satellitten er udstyret med tre videnskabelige instrumenter: et nær-omnidirektionelt gammastrålespektrometer, en bredfelts røntgenmonitor og et sæt bløde røntgenkameraer. Et af hovedmålene med HETE-2-missionen er hurtig identifikation og præcis lokalisering af gammastråleudbrud, hvis koordinater vil blive videresendt inden for få sekunder til jordbaserede observatorier med henblik på dybtgående søgning efter modstykker. Den nyligt udvalgte Swift-mission (planlagt til opsendelse i 2003) vil også foretage flerbølgelængdeundersøgelser af gammastråleudbrud på samme måde som BeppoSAX og HETE-2. Ligesom sin navnebror, en fugl, vil Swift “æde sig i farten” ved hurtigt at lokalisere gammastråleudbrud med en præcision på ∼ 1-4′ og sende koordinaterne til jorden inden for ∼ 15 s med henblik på opfølgende undersøgelser af modstykker. Swift kan også hurtigt omorienteres for at foretage observationer med sine røntgen- og ultraviolette/optiske teleskoper, der vil blive brugt til at studere efterglødens egenskaber, fastlægge positioner til buesekund-niveau og bestemme afstande via rødforskydningsspektralmålinger.

The High-Energy Solar Spectroscopic Imager (HESSI) er en NASA-finansieret mission, der skal studere egenskaberne ved partikelacceleration i soludbrud via den røntgen- og gammastråleemission, der produceres i disse energirige hændelser. HESSI, der efter planen skal opsendes i 2001 på toppen af solcyklussen, skal foretage højopløselige spektroskopiske målinger af atomlinjer og det underliggende bremsstrahlungkontinuum i energispektret fra 3 kev til 20 MeV med et sæt kølede germaniumdetektorer af høj renhedsgrad. HESSI vil foretage Fourier-transform-billeddannelse af hele Solen med en opløsning på ∼ 2″-36″ over hele det følsomme område ved hjælp af roterende modulerende kollimatorer. Da HESSI ikke er afskærmet, kan det også foretage andre observationer, der ikke vedrører solen, herunder måling af de galaktiske diffuse linjer, der skyldes radioaktivt 26Al (ved 1,809 MeV) og positronannihilation (ved 0,511 MeV).

På planetområdet er NASA’s Mars Odyssey-mission også planlagt til opsendelse i 2001. Blandt dens instrumentpakke er et gammastrålespektrometer og to neutrondetektorer. Disse vil blive brugt til at kortlægge Mars’ overflade fuldstændigt og bestemme dens grundstofsammensætning. Neutron- og gammastrålemålingerne vil i kombination også blive brugt til at få et skøn over vandindholdet i Mars’ overflade.

Den såkaldte Gamma-Ray Astronomy Program Working Group, der er et rådgivende panel for NASA bestående af forskere fra højenergisamfundet, har udpeget andre gammastråleeksperimenter og -missioner som højt prioriterede områder. Blandt deres anbefalinger til fremtidig udvikling er et avanceret Compton-teleskop, der anvender de nyeste detektorteknologier til anvendelse i MeV-området af spektret.

Videnskabelige ballonflyvninger i stor højde har længe tjent som prøvebænk for ny instrumentering. Gammastråleteleskoper kræver lange eksponeringer på grund af forholdsvis lave kildefluxer og høj instrumental baggrund, mens varigheden af en typisk ballonflyvning desværre ofte kan være ret begrænset (højst et par dage). For at imødegå denne ulempe har NASA for nylig iværksat ULDB-projektet (Ultra-Long Duration Balloon), hvis planlagte 100-dages ballonflyvninger rundt om jorden vil forlænge den tid, som videnskabelige instrumenter kan være i luften, betydeligt. ULDB-programmet vil give tiltrængte muligheder for ballonflyvninger med længere eksponering samt et attraktivt og billigt alternativ til fuldskala-missioner i rummet.

I de samarbejder, der er aktivt involveret i jordbaserede luft-Cherenkov-undersøgelser af TeV-gammastråling, er der også en række bestræbelser i gang for at opgradere de eksisterende faciliteter, primært ved at øge det optiske opsamlingsområde. De mest ambitiøse er måske VERITAS-samarbejdet med en planlagt række på syv 10-m-teleskoper i USA, den tysk-fransk-italienske HESS-gruppe med 4-16 teleskoper i 12-m-klassen, der skal bygges i Namibia, det tysk-spanske MAGIC-projekt med et teleskop med 17-m-åbning og den japanske SuperCANGAROO-gruppe med fire 10-m-teleskoper i Australien. I en beslægtet indsats er MILAGRO-samarbejdet i gang med at opføre en vand-Cherenkov-detektor med et bredt synsfelt i New Mexico i USA med henblik på TeV-målinger. Som en overdækket, lystæt detektor har MILAGRO den ekstra fordel, at den kan forblive i drift 24 timer i døgnet.