Föreställ dig att du hade superhjältesyn och kunde se en helt ny värld av fascinerande fenomen osynliga för det mänskliga ögat. NASA:s Fermi Gamma-ray rymdteleskop ger astrofysiker analoga krafter. Den fångar bilder av universum i gammastrålar, den mest energiska formen av ljus.

Den 12 april, ett av rymdfarkostens instrument – ​​Large Area Telescope (LAT), som skapades och monterades vid Department of Energys SLAC National Accelerator Laboratory – upptäckte sin miljardte utomjordiska gammastrålning.

Eftersom gammastrålar ofta produceras i våldsamma processer, deras observation kastar ljus över extrema kosmiska miljöer, som kraftiga stjärnexplosioner, höghastighetspartikelstrålar som spys ut av supermassiva svarta hål, och ultratäta neutronstjärnor som snurrar ofattbart snabbt. Gammastrålar kan också vara tecken på mörk materia partiklar - hypotetiska komponenter i osynlig mörk materia, som står för 85 procent av all materia i universum.

"Sedan Fermis lansering 2008, LAT har gjort ett antal viktiga upptäckter av gammastrålning från exotiska källor i vår galax och utanför, säger Robert Cameron, chef för LAT Instrument Science Operations Center (ISOC) vid SLAC. LAT har redan samlat in hundratals gånger mer gammastrålar än föregående generations EGRET-instrument på NASA:s Compton Gamma-ray Observatory – ett framsteg som har fördjupat insikterna i produktionen av denna energiska strålning oerhört.

Aktiverar upptäckt

Bland LAT-fyndigheterna finns mer än 200 pulsarer – snabbt roterande, starkt magnetiserade kärnor av kollapsade stjärnor som var upp till 30 gånger mer massiva än solen. Innan Fermis lansering, endast sju av dessa föremål var kända för att sända ut gammastrålar. När pulsarer snurrar runt sin axel, de sänder ut "strålar" av gammastrålar som kosmiska fyrar. Många pulsarer roterar flera hundra gånger per sekund – det är tiotals miljoner gånger snabbare än jordens rotation.

"Att förstå pulsarer berättar om utvecklingen av stjärnor eftersom de är en möjlig slutpunkt i en stjärnas liv, " säger Cameron. "LAT-data har lett oss till att totalt revidera vår förståelse av hur pulsarer avger gammastrålar."

LAT har också för första gången visat att novaer – termonukleära explosioner på ytan av stjärnor som har samlat material från närliggande stjärnor – kan avge gammastrålar. Dessa data ger nya detaljer om brinnande stjärnors fysik, vilket är en avgörande process för syntesen av kemiska grundämnen i universum.

Ännu mer exotiska gammastrålningskällor som upptäckts av LAT är mikrokvasarer. Dessa objekt är stjärnstora analoger av aktiva galaktiska kärnor, med gas som snurrar runt ett svart hål i mitten. När det svarta hålet slukar materia från sin omgivning, den skjuter ut strålar av laddade partiklar som färdas nästan lika snabbt som ljus ut i rymden, genererar strålar av gammastrålar i processen.

I galaktisk skala, en sådan utstötningsmekanism kunde ha producerat det som kallas Fermi-bubblorna – två gigantiska områden ovanför och under mitten av skivan i vår Vintergatans galax som lyser i gammastrålar. Upptäcktes av LAT 2010, dessa bubblor tyder på att det supermassiva svarta hålet i mitten av vår galax en gång var mer aktivt än det är idag.

Forskare använder också LAT för att söka efter tecken på mörk materia partiklar i de centrala delarna av Vintergatan och andra galaxer. Teorier förutspår att de hypotetiska partiklarna skulle producera gammastrålar när de sönderfaller eller kolliderar och förstör varandra.

"Med den känslighet vi har uppnått med LAT, vi borde i princip kunna se sådana signaturer av mörk materia, " säger SLAC:s Seth Digel, som leder Fermi-gruppen vid Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC), ett gemensamt institut för Stanford University och SLAC. "Men vi har inte hittat några avgörande signaler än, och hittills kan LAT-data också förklaras med andra astrofysiska källor."

Till sist, LAT har utforskat gammastrålningskällor närmare hemmet, inklusive gammastrålar som produceras av åskväder i jordens atmosfär, av solutbrott och till och med av laddade partiklar som träffar månens yta.

Hitta nålar i en höstack

Från sin plats på Fermi på en höjd av 330 miles, LAT ser 20 procent av himlen vid varje given tidpunkt. Varannan omlopp – var och en tar cirka 95 minuter – samlar instrumentet in de data som behövs för en gammastrålkarta över hela himlen.

Men att identifiera de rätta signalerna för kartan är lite som att hitta nålar i en höstack:För varje gammastrålefoton, LAT ser många fler högenergiladdade partiklar, kallas kosmiska strålar. De flesta av dessa bakgrundssignaler avvisas direkt av hårdvaruutlösare och mjukvarufilter i LAT på Fermi, vilket minskar signalhastigheten från 10, 000 till 400 per sekund.

Återstående data komprimeras, sänds tillbaka till jorden och skickas till NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, där de separeras i tre olika datamängder för LAT, GBM (Fermis andra vetenskapliga instrument, som övervakar kortlivade gammastrålningskurar) och rymdfarkostsdata.

LAT-data överförs till LAT ISOC vid SLAC, där 1, 000 computer cores automatically analyze the data stream and filter out even more background signals. 70 percent of all detected gamma rays are from Earth's atmosphere, leaving only two to three extraterrestrial gamma-ray signals per second out of the 10, 000 initial detector events. These data are then sent back to NASA Goddard, where they are made publicly available for further analysis.

"The ISOC receives about 15 deliveries of LAT data throughout the day for a total of 16 gigabytes or three DVDs worth of data every day, " Cameron says. "For each delivery, the entire process – from the time the data leave Fermi to the time the gamma rays get deposited in the public archive – takes about four hours."

Nästa år, the Fermi mission will reach its 10-year operations goal. What happens after that will largely depend on funding.

"With no successor mission planned, the LAT is in many ways irreplaceable, particularly for studies of low-energy gamma rays, " Digel says. "The telescope is still going strong after all these years, and there is a lot of science left to be done."

An important new role for the LAT is to search for gamma-ray sources associated with gravitational wave events. These ripples in space-time occur, till exempel, when two black holes merge into a single one, as recently observed by the LIGO detector. This opens up the completely new field of gravitational wave astrophysics.

The LAT ISOC is a department in KIPAC and the Particle Astrophysics and Cosmology Division of SLAC. KIPAC researchers contribute to the international Fermi LAT Collaboration, whose research is funded by NASA and the DOE Office of Science, as well as agencies and institutes in France, Italien, Japan and Sweden.