IV Jövőbeli küldetések és kilátások
Minden új távcső fejlesztésének elsődleges célja az érzékenység növelése a jobb szög- és spektrális felbontás mellett. A gamma-sugárzásban ez óhatatlanul a fotonok kölcsönhatási pozícióinak és az energia-eloszlásnak a detektáló közegben való jobb meghatározását jelenti. A kölcsönhatásba lépő gamma-sugarak tulajdonságainak pontosabb meghatározása közvetlenül a háttérfrekvencia csökkenéséhez vezet, mivel a valódi égi eseményeket kisebb valószínűséggel keverik össze a háttérkölcsönhatásokkal. Gyakorlatilag minden, jelenleg fejlesztés alatt álló gammasugárzás-teleszkóp arra törekszik, hogy új detektor-technológiák felhasználásával javítsa ezeket a kölcsönhatásméréseket. A detektorok anyagain belüli térbeli és energiafelbontás nagymértékben javul például az újonnan kifejlesztett félvezető csík- és pixeldetektorok (például szilícium, germánium és CdZnTe) alkalmazásával. A folyamatos kihívást az jelenti, hogy az ilyen érzékeny kisméretű eszközöket kellően nagy és megbízható mennyiségben kell gyártani ahhoz, hogy az új, nagy területű műszerekbe beépíthetők legyenek, ésszerűen megfizethető költségek mellett. A nagyenergiájú távcsövek másik közös jellemzője, hogy a többcsatornás detektorrendszerekben nagyszámú adatjelet kell feldolgozni és rögzíteni. A nagyenergiás műszerek hatékony működéséhez elengedhetetlen az egyedi alkalmazásspecifikus integrált áramkörök (ASIC-k) fokozott alkalmazása, amelyek nagyon nagy léptékű integrációs technikákat (VLSI) alkalmaznak. Szerencsére a számítási sebesség és az adattárolási kapacitás folyamatosan növekszik, és a kísérletezők gyorsan kihasználják ezeket az új lehetőségeket műszerterveikben.
A cikk megírásának időpontjában (2001) számos gammasugárzási küldetés indítását tervezik a közeljövőben (lásd a II. táblázatot). Ezek közül a legfontosabb a Nemzetközi Gamma-Asztrofizikai Laboratórium (INTEGRAL), az Európai Űrügynökség (ESA) küldetése, amelyben Oroszország és a NASA is részt vesz. Az INTEGRAL 2002-ben indul, és nagy felbontású spektroszkópiával (E/ΔE ∼ 500) és képalkotással (∼ 12″ FWHM) foglalkozik majd a 15 kev és 10 MeV közötti energiatartományban. Az INTEGRAL két gammasugárzó műszerrel rendelkezik, az SPI spektrométerrel és az IBIS képalkotóval, mindkettő kódolt rekeszű távcsőként működik a források pontos azonosítása érdekében. Az SPI nagy tisztaságú germánium detektorokat használ, míg az IBIS két detektorsíkot, egy CdTe elemekből álló elülső réteget és egy CsI pixelekből álló második réteget. A szélessávú lefedettség szükségességét felismerve az INTEGRAL két kódolt rekeszű röntgenmonitorral (JEM-X), valamint egy optikai megfigyelő kamerával (OMC) is rendelkezik. Az INTEGRAL műszerek elsődleges tudományos célja, hogy nagy felbontású spektroszkópiai vizsgálatokat végezzenek a forrásokról a spektrum nukleáris vonalas tartományában.
A NASA által 2005-ben indítani tervezett GLAST (Gamma-Ray Large Area Space Telescope) a nagy sikerű CGRO EGRET kísérlet folytatása lesz. A GLAST 20 MeV-tól 300 Gev-ig terjedő érzékenysége jóval túlmutat az EGRET tartományán, és a spektrum kevéssé megfigyelt Gev-es tartományában is biztosítja a szükséges lefedettséget. A GLAST-ban egy modernebb részecskekövetési technológiát (szilíciumcsík-detektorokat) alkalmaznak a korábbi párgyártó teleszkópokban használt szikra-kamrás rácsok helyett. A GLAST nagy látómezővel rendelkezik majd (∼ 2 sr), és az EGRET-hez képest 30-szoros javulást ér el a fluxusérzékenységben és 10-szeres javulást a pontszerű forrásmeghatározási képességben. A GLAST egy gammakitörés-monitort is tartalmazni fog.
A kifejezetten gammakitörések vizsgálatára tervezett küldetések közé tartozik a HETE-2 és a Swift. A High-Energy Transient Experiment-2 (HETE-2) 2000-ben indult, és 2001 elején kezdte meg működését. Ez a műhold három tudományos műszert hordoz: egy közel irányított gammasugárzás-spektrométert, egy széles látómezejű röntgenmonitort és egy lágy röntgenkamerát. A HETE-2 küldetés egyik fő célja a gammakitörések gyors azonosítása és pontos lokalizálása, amelyek koordinátáit másodperceken belül továbbítják a földi megfigyelőállomásoknak a mélyben lévő társkereséshez. A nemrégiben kiválasztott Swift küldetés (amelynek indítását 2003-ra tervezik) szintén a BeppoSAX és a HETE-2 mintájára a gammakitörések több hullámhosszúságú vizsgálatát fogja végezni. A Swift – madárnevéhez hasonlóan – “repülés közben táplálkozik”: a gammakitöréseket gyorsan, ∼ 1-4′ pontossággal lokalizálja, és a koordinátákat ∼ 15 másodpercen belül továbbítja a földre, hogy ott folytathassák az ellenpontok keresését. A Swift emellett gyorsan átirányítható, hogy röntgen- és ultraibolya/optikai teleszkópjaival megfigyeléseket végezzen, amelyekkel az utófényesedés tulajdonságait tanulmányozzák, a pozíciókat ívmásodperces pontossággal rögzítik, és a vöröseltolódás spektrális mérései révén távolságokat határoznak meg.
A High-Energy Solar Spectroscopic Imager (HESSI) egy NASA által finanszírozott küldetés, amelynek célja a napkitörésekben bekövetkező részecskegyorsulás jellemzőinek vizsgálata az ilyen energetikai események során keletkező röntgen- és gammasugárzáson keresztül. A HESSI, amelynek indítását 2001-ben, a napciklus csúcspontján tervezik, nagy felbontású spektroszkópiai méréseket fog végezni a magvonalak és az alapjául szolgáló bremsstrahlung kontinuum nagy felbontású spektroszkópiai méréseivel a 3 kev és 20 MeV közötti energiatartományban, egy sor hűtött, nagy tisztaságú germánium detektorral. A HESSI a teljes Napról Fourier-transzformációs képalkotást fog végezni ∼ 2″-36″ felbontással az érzékeny tartományban, forgó moduláló kollimátorok segítségével. Mivel a HESSI árnyékolatlan, más, nem napfényes megfigyeléseket is végezhet, többek között a radioaktív 26Al (1,809 MeV-nál) és a pozitron annihiláció (0,511 MeV-nál) okozta galaktikus diffúz vonalak mérését.
A bolygókutatás területén a NASA Mars Odyssey küldetését szintén 2001-ben tervezik indítani. Műszerparkja között szerepel egy gamma-spektrométer és két neutron detektor. Ezeket a Mars felszínének teljes feltérképezésére és elemi összetételének meghatározására fogják használni. A neutron- és gamma-sugárzás mérésekkel együttesen a Mars felszínközeli részének víztartalmát is megbecsülik.
A gamma-sugárzással kapcsolatos egyéb kísérleteket és küldetéseket a Gamma-csillagászati Program Munkacsoport, a NASA nagyenergiával foglalkozó tudósokból álló tanácsadó testületének (Gamma-Ray Astronomy Program Working Group) kiemelt prioritásként határozta meg. A jövőbeli fejlesztésre vonatkozó ajánlásaik között szerepel egy fejlett Compton-teleszkóp, amely a spektrum MeV tartományában alkalmazható legújabb detektor-technológiákat alkalmazza.
A nagy magasságú tudományos ballonozás már régóta szolgál az új műszerek tesztelésére. A gammatávcsövek hosszú expozíciókat igényelnek a viszonylag alacsony forrásfluxus és a magas műszeres háttér miatt, míg egy tipikus ballonrepülés időtartama sajnos gyakran meglehetősen korlátozott (legfeljebb néhány nap). Ennek a hátránynak az ellensúlyozására a NASA nemrégiben indította el az Ultra-Long Duration Balloon (ULDB) projektet, amelynek tervezett 100 napos világkörüli ballonrepülései jelentősen meghosszabbítják a tudományos műszerek levegőben töltött idejét. Az ULDB program nagy szükség van a hosszabb expozíciójú ballonrepülésekre, valamint a teljes körű űrmissziók vonzó, alacsony költségű alternatívája lesz.
A TeV gammasugarak földi levegő-Cherenkov vizsgálatában aktívan részt vevő együttműködések között számos erőfeszítés folyik a meglévő berendezések korszerűsítésére, elsősorban az optikai gyűjtőfelület növelésével. Talán a legambiciózusabbak a VERITAS együttműködés, amely hét 10 m-es távcsövet tervez az USA-ban, a német-francia-olasz HESS csoport, amely 4-16 12 m-es távcsövet épít Namíbiában, a német-spanyol MAGIC projekt egy 17 m-es apertúrájú távcsővel, és a japán SuperCANGAROO csoport, amely négy 10 m-es távcsövet épít Ausztráliában. Ehhez kapcsolódóan a MILAGRO együttműködés egy széles látómezejű víz-Cherenkov detektort épít az Egyesült Államokban, Új-Mexikóban TeV mérésekhez. Fedett, fényzáró detektorként a MILAGRO további előnye, hogy napi 24 órán át működőképes maradhat.