Ballongbaserad forskning om kosmiska partiklar som började för mer än hundra år sedan kommer att få ett stort uppsving nästa år - ända upp till låg jordbana, när NASA: s Cosmic Ray Energetics and Mass (CREAM) kommer att skickas till rymdstationen och därmed bli (är du redo för detta?) ISS-CREAM, speciellt utformad för att upptäcka super-högenergi kosmiska strålar och hjälpa forskare att bestämma vad deras mystiska källa (er) kan vara.
"Svaret är ett som världen väntat på i 100 år", säger programforskaren Vernon Jones.
Läs mer om det här "coola" experimentet nedan:
Kosmisk strålenergi och massa (CREAM) kommer att vara det första kosmiska strålinstrumentet som är utformat för att upptäcka vid sådana högre energiområden, och över en så lång längd i rymden. Forskare hoppas kunna upptäcka om kosmiska strålar påskyndas av en enda orsak, som tros vara supernovaer. Den nya forskningen kan också bestämma varför det finns färre kosmiska strålar som upptäcks vid mycket höga energier än som är teoretiserade att existera.
"Kosmiska strålar är energiska partiklar från det yttre rymden", säger Eun-Suk Seo, huvudutredare för CREAM-studien. ”De ger ett direkt prov av materia utanför solsystemet. Mätningar har visat att dessa partiklar kan ha energier så höga som 100 000 biljoner elektronvolter. Det här är en enorm energi, långt bortom och över all energi som kan genereras med konstgjorda acceleratorer, till och med Large Hadron Collider på CERN. ”
Forskare planerar också att studera nedgången i kosmisk stråldetektering, kallad det spektrala "knäet" som förekommer vid cirka tusen biljoner elektronvolts (eV), vilket är ungefär 2 miljarder gånger kraftigare än utsläppen i en medicinsk kärnbildsavbildning. Oavsett vad som orsakar kosmiska strålar, eller filtrerar dem när de rör sig genom galaxen, tar en bit ur befolkningen från 1 000 biljoner elektron volt uppåt. Spektret för kosmiska strålar sträcker sig dessutom mycket längre än vad supernovor tros kunna producera.
För att hantera dessa frågor planerar NASA att placera CREAM ombord på rymdstationen och bli ISS-CREAM. Instrumentet har flögit sex gånger i totalt 161 dagar på ballonger med lång varaktighet runt Sydpolen, där jordens magnetfältlinjer i huvudsak är vertikala.
Idén om energiska partiklar som kommer från rymden var okänd 1911 när Victor Hess, Nobelpristagaren 1936 i fysik som krediterades för upptäckten av kosmiska strålar, tog upp luften för att ta itu med mysteriet om varför material blev mer elektrifierade med höjd, en effekt som kallas jonisering. Förväntningen var att joniseringen skulle försvagas när man kom längre från jorden. Hess utvecklade känsliga instrument och tog dem så mycket som 5,3 mil (5,3 kilometer) och han konstaterade att joniseringen ökade upp till fyrfaldigt med höjd, dag eller natt.
En bättre förståelse av kosmiska strålar kommer att hjälpa forskare att slutföra det påbörjade arbetet när Hess oväntat förvandlade en jordisk fråga till en stjärna gåta. Att svara på denna gåta hjälper oss att förstå en dold, grundläggande aspekt av hur vår galax, och kanske universum, är byggd och fungerar.
Fenomenet fick snart ett populärt men förvirrande namn, kosmiska strålar, från en felaktig teori om att de var röntgenstrålar eller gammastrålar, som är elektromagnetisk strålning, som ljus. Istället är kosmiska strålar materiapartiklar med hög hastighet.
Som partiklar kan kosmiska strålar inte fokuseras som ljus i ett teleskop. Istället upptäcker forskare kosmiska strålar av ljuset och elektriska laddningar som produceras när partiklarna smälter in i materien. Forskarna använder sedan detektivarbete för att identifiera den ursprungliga partikeln genom direkt mätning av dess elektriska laddning och dess energibestämning från lavin av skräppartiklar som skapar sina egna överlappande spår.
CREAM gör detta spårarbete med en joniseringskalorimeter som är utformad för att få kosmiska strålar att tappa sina energier. Skikt av kol, volfram och andra material presenterar kända kärnkrafts "tvärsnitt" i bunten. Elektriska och optiska detektorer mäter händelsens intensitet när kosmiska partiklar, från väte till järn, kraschar genom instrumentet.
Även om CREAM-ballongflygningar nådde höga höjder förblev tillräckligt med atmosfär över för att störa mätningarna. Planen att montera instrumentet på utsidan av rymdstationen kommer att placera det ovanför de dolda effekterna av atmosfären, på en höjd av 400 mil (400 kilometer).
"På vad kan vi nu placera våra hopp om att lösa de många gåtorna som fortfarande finns när det gäller ursprung och sammansättning av kosmiska strålar?"
- Victor F. Hess, nobelföreläsning, december 1936
Källa: NASA
