La ilustración de un artista de los granos de polvo que soplan en los vientos de un quásar, o agujero negro activo. Crédito:NASA / JPL-Caltech
Joe Nuth ama el polvo. Entre los astrónomos, eso lo pone en minoría.
"Los astrónomos tradicionales, las personas que miran galaxias y estrellas, odian el polvo, "dijo Nuth, un científico planetario del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Son las cosas que se interponen en su camino".
Como el polvo terrenal que se acumula debajo de tu cama, El polvo cósmico es difícil de evitar. "Es aproximadamente el dos por ciento del material total, de aquí a cualquier parte, "dijo Nuth. Pero no ocupa todo ese espacio por nada.
El polvo se condensa en asteroides y planetas. Las nubes de polvo gigantes pueden transportar gases de una estrella moribunda para fertilizar una nueva. El polvo que rodea a los planetas jóvenes puede mantenerlos calientes, proporcionando superficies para que se acumule el agua y se formen moléculas orgánicas. Pero si se produce alguno de estos efectos depende de cómo se construyan estos diminutos granos de polvo, en la más pequeña de las escalas.
Es por eso que Nuth está lanzando Determining Unknown yet Significants Traits, o cohete con sonda de POLVO. Una colaboración entre la NASA y la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón, el cohete hará un breve vuelo al espacio, llevar el equipo de laboratorio a un entorno de gravedad cero. Allí, Nuth y su equipo construirán sus propios granos de polvo, con la esperanza de arrojar luz sobre el papel descomunal que juegan estas pequeñas motas en nuestro universo. La primera oportunidad de DUST para lanzarse desde White Sands Missile Range en Nuevo México comienza el 7 de octubre. 2019.
Levantando polvo
Tan frecuente como puede ser, el polvo cósmico no se forma fácilmente. Los granos de polvo nacen cuando los átomos individuales chocan y se adhieren entre sí. Pero en el espacio las colisiones directas son raras (el espacio donde se forma el polvo es aproximadamente 2.700 millones de veces menos denso que el aire al nivel del mar). Incluso cuando los átomos chocan, puede que no se peguen. En un experimento anterior, Nuth descubrió que por cada 100, 000 colisiones entre átomos de zinc, sólo tres se adhieren a un cristal de polvo en crecimiento.
Una muestra de polvo cósmico recolectada de la estratosfera de la Tierra. El grano mide aproximadamente cinco micrómetros de ancho, aproximadamente el tamaño de un glóbulo rojo humano. Crédito:Centro Espacial Johnson de la NASA / Programa de Recolección de Polvo Cósmico
Una vez que algunos átomos se amontonan, emerge una tambaleante torre parecida a Jenga. "Estás subiendo por una escalera de inestabilidad, ", dijo Nuth." Los pequeños cúmulos realmente quieren desmoronarse. "Pero si puedes rodear suficientes átomos por todos lados, el sistema comienza a estabilizarse. Tienes un grano de polvo en crecimiento.
Es cuando los granos de polvo chocan cuando las cosas se ponen interesantes. Si se juntan como nieve en bolas de nieve, no reaccionan mucho con la luz o el calor. Pero si en cambio se unen en encaje, estructuras en forma de copo de nieve, hacen mucho más. Tales agregados de polvo cristalino atrapan la luz de las estrellas como una vela, batiendo gases de una estrella a la siguiente. También atrapan el calor, potencialmente cambiando el destino de los planetas que cubren. "Si tienes un planeta en crecimiento rodeado por una manta polvorienta, ese es un ambiente térmico diferente al que no tiene, "dijo Nuth." El polvo afecta la forma en que crecen los planetas ".
Pero aún no se comprende bien cómo se forman y se agregan estos granos de polvo. Descubrir eso puede generar grandes beneficios en la física espacial.
Recogida de polvo
Hasta aquí, Nuth ha realizado la mayor parte de su trabajo en el laboratorio, pero la gravedad de la Tierra impone severas limitaciones. Sus experimentos requieren calentar materiales a más de 1000 grados Fahrenheit. Pero temperaturas tan altas crean convección, la agitación del aire que ocurre en su horno, que no ocurre en el espacio profundo. "Para medir el crecimiento de los granos de polvo, necesitamos un entorno constante, "dijo Nuth. Para conseguir eso, tienes que ir a la microgravedad.
Nuth se asoció con su ex postdoctorado Yuki Kimura de la Universidad de Hokkaido en Japón para lanzar equipos de laboratorio al espacio. La carga útil diseñado por Kimura, pesa alrededor de 330 libras. "Es tan grande como una motocicleta pequeña, "dijo Kimura.
Dentro, un conjunto de alambres de metal recubiertos con silicatos de magnesio (posibles partículas de polvo) están esperando su lanzamiento. Una vez que el cohete entra en el espacio y experimenta microgravedad, el alambre se calienta y los átomos y moléculas se difunden. Algunos chocan palo, y comienzan a formar granos de polvo; otros no lo harán. Usando espectroscopia y otras medidas, el experimento DUST medirá cuándo los granos comienzan a crecer y unirse en agregados, observando a qué temperatura y densidad lo hacen mejor. La carga útil luego volverá a la Tierra para ser recolectada para un análisis más detallado.
La Nebulosa Ojo de Gato (NGC 6543) es una estrella moribunda similar al Sol que expulsó sus capas exteriores al espacio. Los anillos concéntricos que lo rodean son nubes de polvo cósmico. Crédito:NASA / Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial / Telescopio Espacial Hubble
Cuando el polvo se asiente
Incluso antes de recuperar la carga útil, Nuth estará en el laboratorio trabajando en la parte terrestre del experimento. Su pregunta es si la formación de granos de polvo podría ser más simple de lo esperado.
En principio, Los granos de polvo se pueden formar a partir de cualquiera de los 92 elementos naturales de la tabla periódica. "Pero es muy difícil de modelar, ", dijo Nuth. Cada elemento tiene sus propias peculiaridades; tenerlas todas en cuenta a la vez es un gran desafío.
En experimentos anteriores, Nuth aprendió que algunos elementos se bloquean entre sí:si el hierro entra en un grano de polvo en crecimiento, por ejemplo, tiende a mantener el magnesio fuera. Está explorando este comportamiento en el laboratorio, con la esperanza de reducir una ecuación de 92 variables a algo mucho más manejable. "Es mucho más fácil si solo tiene que preocuparse por uno o dos materiales en particular, "dijo Nuth.
Los resultados del cohete junto con el trabajo de Nuth en el laboratorio, Nuestro objetivo es arrojar luz sobre cómo funciona el polvoriento dos por ciento de nuestro universo visible. En general, El experimento DUST nos recuerda que la clave de lo inimaginablemente grande a veces está en lo increíblemente pequeño.
El cohete con sonda DUST se lanzará desde White Sands Missile Range en un cohete Black Brant IX. Durante su vuelo de aproximadamente 14 minutos, el cohete alcanzará una altitud estimada de 200 millas antes de volver a la Tierra para recuperarse.
