Rumstationseksperiment for at undersøge grundstoffernes oprindelse

Astronom Carl Sagan udtrykte det bedst:"Vi er lavet af stjerneting." Atomerne, der udgør kemikalierne i vores kroppe, stammer ikke fra Jorden; de kom fra det dybe rum. Big bang skabte brint, helium og en lille smule lithium, men tungere atomer - dem, der er nødvendige for livet - kom fra processer relateret til stjerner.

Forskere kan nu sondere dybere. Hvilke slags stjerneprocesser producerer hvilke grundstoffer? Og hvilke slags stjerner er der tale om?

Et nyt eksperiment kaldet TIGERISS, der er planlagt til den internationale rumstation, har til formål at finde ud af det. TIGERISS er blevet valgt som den seneste NASA Astrophysics Pioneers-mission.

Pionerer er små astrofysiske missioner, der muliggør innovative undersøgelser af kosmiske fænomener. De kan omfatte eksperimenter designet til at flyve på små satellitter, videnskabelige balloner, rumstationen og nyttelast, der kunne kredse eller lande på Månen.

Tidligere i år fik de fire tidligere Pioneers missionskoncepter, valgt i januar 2021, grønt lys til at komme videre med byggeriet og er blevet godkendt til at flyve senere i dette årti.

"Pioner-missionerne er en uvurderlig mulighed for forskere fra tidlig til midt i karrieren til at udføre overbevisende astrofysiske undersøgelser, samtidig med at de får reel erfaring med at bygge rumbaseret instrumentering," siger Mark Clampin, direktør for astrofysikafdelingen ved NASAs hovedkvarter i Washington. "Med TIGERISS udvider pionererne deres rækkevidde til rumstationen, som tilbyder en unik platform til at udforske universet."

Tigerens øje

TIGERISS Principal Investigator Brian Rauch, forskningslektor i fysik ved Washington University i St. Louis, har arbejdet med spørgsmål om elementær oprindelse og højenergipartikler, siden han var bachelor der. I næsten tre år på college arbejdede Rauch på en partikeldetektor kaldet Trans-Iron Galactic Element Recorder eller TIGER. Eksperimentet havde sin første flyvning på en ballon i 1995; langvarige ballonflyvninger lancerede også en version af TIGER fra Antarktis i 2001 til 2002 og 2003 til 2004.

Efterhånden som Rauch skred frem i sin forskerkarriere, hjalp han TIGER med at udvikle sig til den mere sofistikerede SuperTIGER. Den 8. december 2012 lancerede SuperTIGER fra Antarktis på sin første flyvning, og krydsede i en gennemsnitlig højde på 125.000 fod og satte en ny rekord for længste videnskabelige ballonflyvning - 55 dage. SuperTIGER fløj også i 32 dage fra december 2019 til januar 2020. Forsøget målte mængden af ​​grundstoffer i det periodiske system op til barium, atomnummer 56.

På den internationale rumstation vil TIGER-instrumentfamilien svæve til nye højder. Uden interferensen fra Jordens atmosfære vil TIGERISS-eksperimentet foretage målinger i højere opløsning og opfange tunge partikler, som ikke ville være muligt fra en videnskabelig ballon. En siddepinde på rumstationen vil også give mulighed for et større fysisk eksperiment - 3,2 fod (1 meter) på en side - end der kunne passe på en lille satellit, hvilket øger detektorens potentielle størrelse. Og eksperimentet kunne vare mere end et år sammenlignet med mindre end to måneder på en ballonflyvning. Forskere planlægger at kunne måle individuelle grundstoffer så tunge som bly, atomnummer 82.

Stjerneting

Alle stjerner eksisterer i en delikat balance - de skal bruge nok energi til at modvirke deres egen tyngdekraft. Den energi kommer fra at smelte elementer sammen for at lave tungere, inklusive kulstof, nitrogen og ilt, som er vigtige for livet, som vi kender det. Men når først en kæmpe stjerne forsøger at sammensmelte jernatomer, genererer reaktionen ikke nok strøm til at bekæmpe tyngdekraften, og stjernens kerne kollapser.

Dette udløser en eksplosion kendt som en supernova, hvor chokbølger kaster alle de tunge grundstoffer ud, som var blevet lavet i stjernens kerne. Eksplosionen i sig selv skaber også tunge elementer og accelererer dem til næsten lysets hastighed - partikler, som forskerne kalder "kosmiske stråler."

Men det er ikke den eneste måde, tunge atomer kan dannes på. Når en supertæt rest af en supernova kaldet en neutronstjerne kolliderer med en anden neutronstjerne, skaber deres katastrofale fusion også tunge grundstoffer.

TIGERISS vil ikke være i stand til at pege på særlige supernovaer eller neutronstjernekollisioner, men "ville tilføje kontekst til, hvordan disse hurtigt bevægende elementer accelereres og rejser gennem galaksen," sagde Rauch.

Så hvor meget bidrager supernovaer og neutronstjernefusioner hver især til at lave tunge grundstoffer? "Det er det mest interessante spørgsmål, vi kan håbe på at løse," sagde Rauch.

"TIGERISS-målinger er nøglen til at forstå, hvordan vores galakse skaber og distribuerer stof," sagde John Krizmanic, TIGERISS' stedfortrædende hovedefterforsker baseret på NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

TIGERISS vil også bidrage med information om den generelle overflod af kosmiske stråler, som udgør en fare for astronauter. + Udforsk yderligere

Kosmisk stråleteleskop lanceres fra Antarktis