Ballongbasert forskning på kosmiske partikler som begynte for over et århundre siden, vil få et stort løft neste år - helt opp til bane rundt jorda, når NASAs Cosmic Ray Energetics and Mass (CREAM) vil bli sendt til romstasjonen og dermed bli (er du klar for dette?) ISS-CREAM, spesielt designet for å oppdage kosmiske stråler med høy energi og hjelpe forskere med å bestemme hva deres mystiske kilde (r) kan være.
"Svaret er det verden har ventet på i 100 år," sa programforsker Vernon Jones.
Les mer om dette "kule" eksperimentet nedenfor:
Cosmic Ray Energetics and Mass (CREAM) vil være det første kosmiske stråleinstrumentet som er designet for å oppdage ved så høye energiområder, og over en så lang varighet i rommet. Forskere håper å oppdage om kosmiske stråler akselereres av en enkelt årsak, som antas å være supernovaer. Den nye forskningen kan også bestemme hvorfor det er færre kosmiske stråler som blir oppdaget ved svært høye energier enn det som er teoretisert å eksistere.
"Kosmiske stråler er energiske partikler fra det ytre rom," sa Eun-Suk Seo, hovedetterforsker for CREAM-studien. “De gir en direkte prøve av materie utenom solsystemet. Målinger har vist at disse partiklene kan ha energier så høye som 100 000 billioner elektron volt. Dette er en enorm energi, langt utover og over all energi som kan genereres med menneskeskapte akseleratorer, til og med Large Hadron Collider på CERN. ”
Forskere planlegger også å studere nedgangen i kosmisk stråledeteksjon, kalt det spektrale "kneet" som forekommer på rundt tusen billion elektron-volt (eV), som er omtrent 2 milliarder ganger kraftigere enn utslippene i en medisinsk kjernefysisk avbildning. Uansett hva som forårsaker kosmiske stråler, eller filtrerer dem når de beveger seg gjennom galaksen, tar en bit ut av befolkningen fra 1000 billioner elektron volt oppover. Spekteret for kosmiske stråler strekker seg videre lenger enn det supernovaer antas å kunne produsere.
For å takle disse spørsmålene planlegger NASA å plassere CREAM ombord på romstasjonen og bli ISS-CREAM. Instrumentet har fløyet seks ganger i totalt 161 dager på ballonger med lang varighet som omkranser Sydpolen, der jordas magnetfeltlinjer i det vesentlige er vertikale.
Ideen om energiske partikler som kommer fra verdensrommet var ukjent i 1911 da Victor Hess, nobelprisvinneren i fysikk fra 1936, ble kreditert for oppdagelsen av kosmiske stråler, tok til luften for å takle mysteriet om hvorfor materialer ble mer elektrifisert med høyden, en effekt kalt ionisering. Forventningen var at ioniseringen skulle svekkes når man kom lenger fra Jorden. Hess utviklet sensitive instrumenter og tok dem så høye som 5,3 mil (5,3 kilometer), og han konstaterte at ioniseringen økte til firedobling med høyde, dag eller natt.
En bedre forståelse av kosmiske stråler vil hjelpe forskere med å fullføre arbeidet som ble startet da Hess uventet gjorde et jordisk spørsmål om til en fantastisk gåte. Å svare på denne gåten vil hjelpe oss å forstå en skjult, grunnleggende fasit av hvordan galaksen vår, og kanskje universet, er bygget og fungerer.
Fenomenet fikk snart et populært, men forvirrende navn, kosmiske stråler, fra en feil teori om at de var røntgenstråler eller gammastråler, som er elektromagnetisk stråling, som lys. I stedet er kosmiske stråler materiepartikler med høy hastighet.
Som partikler kan ikke kosmiske stråler fokuseres som lys i et teleskop. I stedet oppdager forskere kosmiske stråler av lyset og de elektriske ladningene som produseres når partiklene smeller i materie. Forskerne bruker deretter detektivarbeid for å identifisere den opprinnelige partikkelen ved direkte måling av dens elektriske ladning og dens energibestemmelse fra snøskredet av ruskpartikler som skaper sine egne overlappende stier.
CREAM gjør dette sporarbeidet ved hjelp av et ioniseringskalorimeter designet for å få kosmiske stråler til å tømme energiene sine. Lag av karbon, wolfram og andre materialer presenterer kjente kjernefysiske "tverrsnitt" i stabelen. Elektriske og optiske detektorer måler intensiteten til hendelser når kosmiske partikler, fra hydrogen til jern, krasjer gjennom instrumentet.
Selv om CREAM-ballongflyging nådde store høyder, forble atmosfæren nok over til å forstyrre målingene. Planen om å montere instrumentet på utsiden av romstasjonen vil plassere det over de skjulte effektene av atmosfæren, i en høyde av 400 kilometer.
"På hva kan vi nå håpe på å løse de mange gåtene som fremdeles eksisterer med hensyn til opprinnelse og sammensetning av kosmiske stråler?"
- Victor F. Hess, nobelforedrag, des. 1936
Kilde: NASA
