Ny mission går til rumstationen for at udforske mysterier om kosmisk regn

Et nyt eksperiment, der skal lanceres den 14. august til den internationale rumstation, vil give et hidtil uset blik på en regn af partikler fra dybt rum, kaldet kosmiske stråler, der konstant bruser vores planet. Cosmic Ray Energetics And Mass-missionen bestemt til den internationale rumstation (ISS-CREAM) er designet til at måle de højeste energipartikler af enhver detektor, der endnu er fløjet i rummet.

CREAM blev oprindeligt udviklet som en del af NASA's Balloon Program, hvorunder den returnerede målinger fra omkring 120, 000 fod i syv flyvninger mellem 2004 og 2016.

"CREAM -ballonforsøget opnåede en total himmeleksponering på 191 dage, en rekord for ethvert ballonbaseret astronomisk eksperiment, "sagde Eun-Suk Seo, en professor i fysik ved University of Maryland i College Park og eksperimentets hovedforsker. "At operere på rumstationen vil øge vores eksponering med over 10 gange, tager os langt ud over de traditionelle energigrænser for direkte målinger. "

Sportende nye instrumenter, samt renoverede versioner af detektorer, der oprindeligt blev brugt på ballonflyvninger over Antarktis, køleskabsstørrelse, 1,4 ton (1, 300 kilogram) ISS-CREAM-eksperiment vil blive leveret til rumstationen som en del af den 12. SpaceX kommercielle genforsyningstjeneste. En gang der, ISS-CREAM flyttes til Exposed Facility-platformen, der strækker sig fra Kibo, det japanske eksperimentmodul.

Fra denne orbital aborre, ISS-CREAM forventes at studere den "kosmiske regn" i tre år-tid, der er nødvendig for at give enestående direkte målinger af sjældne højenergiske kosmiske stråler.

Ved energier over omkring 1 milliard elektronvolt, de fleste kosmiske stråler kommer til os fra uden for vores solsystem. Forskellige beviser, herunder observationer fra NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope, støtte ideen om, at chokbølger fra det ekspanderende affald af stjerner, der eksploderede som supernovaer, fremskynder kosmiske stråler op til energier på 1, 000 billioner elektronvolt (PeV). Det er 10 millioner gange energien fra medicinske protonstråler, der bruges til behandling af kræft. ISS-CREAM-data vil give forskere mulighed for at undersøge, hvordan andre kilder end supernova-rester bidrager til befolkningen af ​​kosmiske stråler.

Protoner er de mest almindelige kosmiske strålepartikler, men elektroner, heliumkerner og kernerne af tungere grundstoffer udgør en lille procentdel. Alle er direkte prøver af stof fra det interstellare rum. Men fordi partiklerne er elektrisk ladede, de interagerer med galaktiske magnetfelter, får dem til at vandre på deres rejse til Jorden. Dette forstyrrer deres veje og gør det umuligt at spore kosmiske strålepartikler tilbage til deres kilder.

"En yderligere udfordring er, at strømmen af ​​partikler, der rammer enhver detektor, falder støt med højere energier, "sagde ISS-CREAM-medforsker Jason Link, en forsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Så for bedre at udforske højere energier, vi har enten brug for en meget større detektor eller meget mere observationstid. At operere på rumstationen giver os denne ekstra tid. "

Store jordbaserede systemer studerer kosmiske stråler ved energier større end 1 PeV ved at gøre Jordens atmosfære til detektoren. Når en kosmisk stråle rammer kernen i et gasmolekyle i atmosfæren, begge eksploderer i et brusebad af subatomære granatsplinter, der udløser en bredere kaskade af partikelkollisioner. Nogle af disse sekundære partikler når detektorer på jorden, give information forskere kan bruge til at udlede egenskaberne af den oprindelige kosmiske stråle.

Disse sekundærer producerer også en forstyrrende baggrund, der begrænsede effektiviteten af ​​CREAMs ballonoperationer. Fjernelse af denne baggrund er en anden fordel ved at flytte til kredsløb.

Med et faldende antal partikler ved stigende energier, det kosmiske strålespektrum ligner vagt profilen af ​​et menneskeligt ben. Ved PeV energier, denne tilbagegang brat stiger, danner en detalje forskere kalder "knæet". ISS-CREAM er den første rummission, der er i stand til at måle den lave strøm af kosmiske stråler ved energier, der nærmer sig knæet.

"Knæets oprindelse og andre træk er fortsat mangeårige mysterier, "Seo sagde." Mange scenarier er blevet foreslået for at forklare dem, men vi ved ikke, hvad der er korrekt. "

Astronomer tror ikke, at supernova -rester er i stand til at drive kosmiske stråler ud over PeV -området, så knæet kan delvist formes ved afgivelse af deres kosmiske stråler i dette område.

"Kosmiske stråler med høj energi bærer meget information om vores interstellare kvarter og vores galakse, men vi har ikke været i stand til at læse disse meddelelser meget tydeligt, "sagde medforsker John Mitchell ved Goddard." ISS-CREAM repræsenterer et vigtigt skridt i denne retning. "

ISS-CREAM registrerer kosmiske strålepartikler, når de smækker ind i stoffet, der udgør dets instrumenter. Først, en siliciumladningsdetektor måler den elektriske ladning af indgående partikler, derefter giver lag af kulstof mål, der tilskynder til påvirkning, producerer kaskader af partikler, der strømmer ind i elektriske og optiske detektorer herunder, mens et kalorimeter bestemmer deres energi. To scintillatorbaserede detektorsystemer giver mulighed for at skelne mellem enkeltladede elektroner og protoner. Alt sagt, ISS-CREAM kan skelne elektroner, protoner og atomkerner så massive som jern, da de styrter gennem instrumenterne.

ISS-CREAM vil slutte sig til to andre kosmiske stråleeksperimenter, der allerede arbejder på rumstationen. Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), ledet af et internationalt samarbejde sponsoreret af det amerikanske energiministerium, kortlægger kosmiske stråler op til en billion elektron volt, og det Japan-ledede kalorimetriske elektronteleskop (CALET), også placeret på Kibo Exposed Facility, er dedikeret til at studere kosmiske stråleelektroner.

Overordnet forvaltning af ISS-CREAM og integration til dets rumstationsapplikation blev leveret af NASAs Wallops Flight Facility på Virginia's Eastern Shore. ISS-CREAM blev udviklet som en del af et internationalt samarbejde ledet af University of Maryland at College Park, som inkluderer hold fra NASA Goddard, Penn State University i University Park, Pennsylvania, og Northern Kentucky University i Highland Heights, samt samarbejdende institutioner i Republikken Korea, Mexico og Frankrig.