Ny CubeSat vil observere resterne af massive supernovaer

Forskere ved CU Boulder er ved at udvikle en satellit på størrelse med en brødristerovn for at udforske et af kosmos mest fundamentale mysterier:Hvordan slog stråling fra stjerner sig ud af de første galakser for fundamentalt at ændre universets sammensætning som det kender vi i dag.

Disse indsigter kommer fra Supernova Remnants and Proxies for Reionization Testbed Experiment (SPRITE), en NASA-finansieret mission ledet af Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) ved CU Boulder.

Planlagt lancering i 2022, $4 millioner SPRITE er den seneste i LASPs række af små rumfartøjer, der kunne. Denne "CubeSat" vil måle lidt over en fod i længden og vil veje omkring 40 pund. Det vil også indsamle hidtil usete data fra nutidens stjerner og supernovaer for at hjælpe videnskabsmænd med bedre at forstå en tid i kosmos historie kaldet "Reionization Epoch" - en periode, hvor universets første stjerner levede hurtigt og hårdt, brænder ud og går supernova i løbet af blot et par millioner år.

"Vi forsøger at fastslå, hvordan universet var, da det først blev dannet, og hvordan det udviklede sig til, hvor det er i dag, " sagde Brian Fleming, en forskningsprofessor ved LASP, der leder SPRITE-missionen.

Holdet håber også, at SPRITE vil vise, hvor meget CubeSats kan opnå. Til dato, de fleste af disse miniaturerumfartøjer har fokuseret på at studere fænomener, der er tættere på hjemmet - såsom vejret på Jorden eller udbrud, der bryder ud fra solens overflade.

"Der har været en opfattelse af, at for at lave ny astrofysik skal du indsamle en masse lys, så du har brug for noget stort, sagde Fleming, også af Institut for Astrofysiske og Planetariske Videnskaber. "SPRITE forsøger at gøre noget anderledes. Der er meget videnskab, du kan gøre ved at optimere dit design og bruge nye teknologier."

Går klart

SPRITE, med andre ord, pakker mange ambitioner ind i en lille pakke.

Fleming forklarede, at før reioniseringsepoken, universet var ikke noget, som det er i dag. Kosmos' første stjerner og galakser var lige begyndt at dannes, men deres lys kunne ikke spredes langt ud i rummet, som det gør i dag - de store afstande mellem galakser var fyldt med neutral gas, der effektivt duggede universet op.

Derefter, for lidt mere end 13 milliarder år siden, det begyndte at ændre sig:Stråling fra disse unge stjerner begyndte at sive ud af deres galakser og ionisere den omgivende gas – sparke elektroner væk fra brintatomerne og ændre arten af ​​det stof, der gennemsyrer universet.

"Vi begyndte at se disse ioniseringsbobler dukke op, sagde han. Gradvist, boblerne blev flere og flere, indtil de begyndte at smelte sammen."

Der er kun et problem med teorien:Forskere er stadig ikke sikre på, hvordan dette lys var i stand til at flygte fra universets første galakser. En teori antyder, at ældgamle supernovaer blæste skyerne af tæt gas omkring de tidlige stjerner af vejen, lidt ligesom kæmpe løvblæsere i rummet.

"Supernovaer er meget forstyrrende, " sagde Fleming. "De kan have været i stand til at flytte den neutrale gas ud af vejen, så den ioniserende stråling var i stand til at komme ud af disse tidlige galakser."

At blive kreativ

SPRITE vil ikke søge at observere disse gamle udbrud direkte. I stedet, det vil gennemføre to undersøgelser tættere på hjemmet. Man vil måle, hvordan nærliggende galakser udsender ioniserende stråling. Den anden vil se på resterne af eksploderede stjerner i de magellanske skyer, to dværggalakser, der kredser om vores egen Mælkevej.

Det bliver ikke nemt. Den slags stråling kan kun ses i et smalt vindue med ultraviolet lys - et, som historisk har været svært at få øje på med teleskoper. For at komme uden om den begrænsning, SPRITE-teamet eksperimenterer med en række nye teknologier, der ikke er fløjet ud i rummet før. De inkluderer en speciel type spejlbelægning designet til at kaste det ultraviolette lys ind i CubeSats detektorer.

SPRITE-teamet er i gang med at færdiggøre designs til rumfartøjet og vil snart begynde at bygge prototypedele.

Missionen vil også være en læringsmulighed for spirende videnskabsmænd og ingeniører ved LASP. CubeSats, Fleming forklarede, tilbyde studerende og unge videnskabsmænd og ingeniører en chance for at arbejde på en rummission fra start til slut – ikke noget, der er muligt på mange større, mere komplicerede projekter.

Det er en af ​​grundene til, at Dana Chafetz besluttede at arbejde på SPRITE. Hun dimitterede fra Northeastern University i Boston i december 2019 og kom til Flemings laboratorium som maskiningeniør i april. Chafetz sagde, at dette CubeSat-projekt har givet hende chancen for at få mere ejerskab over designprocessen og evnen til at afprøve ideer, som ingen har tænkt på før.

"Hvis jeg vil lave noget nyt, så længe vi kan teste det, vi kan gøre det, " sagde Chafetz. "Det er et virkelig kreativt miljø."