از سال ۲۰۰۸ تاکنون، تلسکوپ فضایی فرمیِ ناسا آشکارسازهای خود را به سوی شدیدترین بخش‌های کیهان معطوف کرده تا پر انرژی‌ترین فوتون‌ها یعنی پرتوهای گاما را ثبت کند؛ پرتوهایی که میلیاردها برابر پرتوهای نور مرئی انرژی‌ دارند. اما متاسفانه اکثر فوتون مفید در آشکارسازها از دست می‌روند.

مدتی طولانی است که مشکلات نرم‌افزاری در فرمی وجود دارد اما کمتر عنوان شده‌اند. حافظه ناکافی یکی از آشکارسازها، دیدِ تلسکوپ را نسبت به پر انرژی‌ترین پرتوهای گاما محدود کرده است. فیزیکدان ذرات، بیل آتوود [1] از دانشگاه کالیفرنیا-سانتاکروز و عضوی از گروه فرمی می‌گوید: «در انرژی‌های پایین این نقص‌ها جدی نیستند اما در انرژی‌های بیش از GeV ۱۰، می‌توانند مهم شوند زیرا در این سطحِ انرژی احتمال کسب شواهدی از ماده تاریک و انفجارهای ستاره‌ای قدرتمند به نام انفجارهای گاما وجود دارد.»

فوتون‌های پرانرژی بیشتری از تلسکوپ فرمی استخراج خواهد شد.

این گروه دو هفته پیش در چهارمین همایش بین المللی فرمی در مونتری کالیفرنیا گزارش داد که راهکاری برای رفع ناکارآمدی حافظه به فضاپیما ارسال و نرم‌افزار جدید آزمایش شده است. همچنین انتظار می‌رود که تا انتهای سال ۲۰۱۲ از این نرم‌افزار به طور کامل بهره‌برداری شود. این نرم‌افزار pass8 نامیده می‌شود و میزان داده‌های پایدار را در در انرژی‌های بیش از ۱۰ گیگاالکترون ولت تا ۶۰٪ افزایش می‌دهد. آتوود می‌گوید نتیجه «انقلابی کامل در علوم مرتبط است».

فیزیکدانانی که روی شتابدهنده‌های ذرات کار می‌کنند معمولا نرم افزار خود را پس از چندماه مشاهده داده‌ها تغییر می‌دهند. اما چهار سال بعد از پرتاب فرمی، پژوهشگران در حال جانشینی الگوریتم اصلی تحلیل داده‌های پرتو گاما هستند. گروه می‌بایست خود را قانع می‌کرد که این کار طاقت‌فرسا الزامی است. این گفته الیوت بلوم [2] از آزمایشگاه شتابگر ملی اسلک در منلوپارک کالیفرنیا است.

وقتی پرتو گاما به فرمی می‌رسد، با ردیابی از آشکارسازهای نواری از جنس سیلیکون برخورد می‌کند که در لایه‌ای از فویل تنگستن پوشیده شده‌اند. این فویل فوتون‌ها را به جفت الکترون و پوزیترون تبدیل می‌کند تا در نوارهای سیلیکونی ثبت شوند. نرم‌افزار اولیه نمی‌تواست دوش‌های پیچیده از ذرات باردار پرتوهای گامای انرژی بالا را ثبت کند؛ قادر نبود پرتوهای گامایی را تشخیص دهد که از ردیاب می‌گذشتند و به کولیمتر [3] فرمی برخورد می‌کردند و همچنین، بین پرتوهای گاما و هجمه ذرات دیگر مانند پرتوهای کیهانی تمایز قائل شود.

به همین خاطر  در داده‌های خام انتقالی به زمین بخشی از علائم پنهان هستند. پژوهشگران می‌توانند Pass8 را برای داده‌های چهار سال فرمی اعمال کنند تا بعضی از فوتون‌های از دست رفته را احیا کنند. اما به خاطر مشکل حافظه، داده‌ها ناکامل هستند. دو سال پیش از پرتاب، آزمایش‌ها نشان داد که آشکارسازها اطلاعاتی بیش از میزان حافظه ثبت کرده‌اند. اما در آن موقع، اصلاح سخت‌افزاری می‌توانست ماموریت را به تاخیر بیندازد یا حتی آن را لغو کند. بنابراین، با برش داده‌های هر نوار سیلیکونی از سرریز داده جلوگیری شد. در راهبرد جدید، داده‌ها از همه نوارهای جمع میگردند و سپس یک باره تقسیم می‌شوند تا استفاده بهینه‌تری از حافظه شود.

نرم افزار دارد داده‌های از دست رفته را باز می‌گرداند. ملیسا پسک-رولینز [4] از موسسه ملی فیزیک هسته‌ای پیزا-ایتالیا گزارش داد که او و همکارانش Pass8 را برای تحلیل ۱۰ انفجار پرتو گاما آشکارشده با فرمی استفاده کرده‌اند. آن‌ها چهار فوتون جدید با انرژی‌های بیش از GeV ۱۰ یافته‌اند که یکی از آن‌ها انرژی GeV ۲۷.۵ دارد و از انفجاری در ۳.۷ میلیارد پارسکی (۱۲.۲ میلیارد سال نوری) زمین گسیل شده که پر انرژی‌ترین فوتون مشاهده در این فاصله تاکنون است. این فوتون‌ها از هاله نور پس‌زمینه عبور می‌کنند و بنابراین حاوی اطلاعاتی درباره ستارگان مرحله تکاملی جهان هستند. این واقعیت نشان می‌دهد که ستارگان اولیه به پرجرمی یا به پرتعدادی تصور شده نبوده‌اند. پسک-رولینز می‌گوید: «فیزیکدانان همیشه برای کمال در حال تلاشند و این اساس ساخت Pass8 است.»

پژوهشگران می‌گویند که اصلاح فرمی ما را به شواهد ذرات ماده تاریک نزدیک‌تر می‌کند. بر اساس نظریه، ذرات ماده تاریک یکدیگر را نابود  و پرتوهای پرانرژی گاما تولید می‌کنند. کریستوفر ونیگر[5]  از موسسه فیزیک ماکس پلانک نشانه‌هایی از نابودی را در مرکز کهکشان گزارش کرده است که احتمالا ناشی از ماده تاریک است. Pass8 می‌تواند نتایج تجربی را به کشفی بزرگ تبدیل کند.

منبع:

Space telescope to get software fix, Nature news.