13.6. Гамма-телескопы на Земле и в космосе
К гамма-диапазону относят электромагнитное излучение с энергией квантов выше 100 кэВ. Энергия гамма-квантов слишком велика, чтобы они могли рождаться в тепловых процессах. Однако во Вселенной происходит много явлений, сопровождающихся гамма-излучением: в частности, это могут быть процессы перехода ядер атомов из возбужденных состояний и аннигиляция частиц, а также процессы с большим выделением энергии, ударными волнами и релятивистскими движениями, примером чего могут служить космические гамма-всплески.
Гамма-лучи имеют энергию квантов выше 100 кэВ.
Астрономические исследования в этой области спектра можно разделить на две группы: непосредственная регистрация гамма-лучей с помощью приборов, установленных на космических аппаратах, и наземная регистрация путем детектирования вторичного излучения или вторичных частиц. Поскольку количество гамма-квантов уменьшается с ростом энергии, космические проекты с прямой регистрацией позволяют регистрировать гамма-излучение более низких энергий (до сотен гигаэлектронвольт), а излучение более высоких энергий регистрируется косвенными методами с помощью наземных установок.
На космических аппаратах применяют разные типы детекторов. Детекторы гамма-квантов низких энергий аналогичны применяющимся в рентгеновской астрономии. Например, прибор IBIS на борту обсерватории INTEGRAL работает в диапазоне от 15 кэВ (рентген) до 10 МэВ (гамма). Этот детектор состоит из кадмий-теллуриевых элементов, а для повышения углового разрешения используется метод кодирующей апертуры с маской из вольфрама. В экспериментах «Конус» по изучению гамма-всплесков (эти исследования начались еще в 1970-х гг. с приборов на межпланетных станциях «Венера 11–14») используются сцинтилляционные детекторы на основе кристаллов NaI.
При более высоких энергиях начинают применяться другие методы. Гамма-квант высокой энергии, провзаимодействовав со слоем фольги (например, вольфрамовой), порождает электрон-позитронную пару. Дальнейшая регистрация основана на отслеживании трека этих частиц и измерении их энергии. Например, в детекторе LAT на борту космической обсерватории Fermi электроны и позитроны проходят через слои кремния, что позволяет определить направление исходного фотона, а затем поглощаются кристаллом CsI, что дает возможность измерить энергию фотона. Угловое разрешение таких приборов сильно зависит от энергии фотона; в случае LAT для фотонов с энергией 100 ГэВ угловое разрешение может достигать 0,04 градуса, а на энергиях 100 МэВ оно составляет лишь 3 градуса.