Un nuevo experimento programado para un lanzamiento el 14 de agosto a la Estación Espacial Internacional proporcionará una mirada sin precedentes a una lluvia de partículas del espacio profundo. llamados rayos cósmicos, que constantemente baña nuestro planeta. La misión Cosmic Ray Energetics And Mass destinada a la Estación Espacial Internacional (ISS-CREAM) está diseñada para medir las partículas de mayor energía de cualquier detector que haya volado hasta ahora en el espacio.

CREAM se desarrolló originalmente como parte del Programa de Globos de la NASA, durante el cual devolvió mediciones de alrededor de 120, 000 pies en siete vuelos entre 2004 y 2016.

"El experimento del globo CREAM logró una exposición total al cielo de 191 días, un récord para cualquier experimento astronómico llevado a cabo en globos, "dijo Eun-Suk Seo, profesor de física en la Universidad de Maryland en College Park e investigador principal del experimento. "Operar en la estación espacial aumentará nuestra exposición en más de 10 veces, llevándonos mucho más allá de los límites energéticos tradicionales de las mediciones directas ".

Luciendo nuevos instrumentos, así como versiones renovadas de detectores originalmente utilizados en vuelos en globo sobre la Antártida, el tamaño de un frigorífico, 1,4 toneladas (1, 300 kilogramos) El experimento ISS-CREAM se entregará a la estación espacial como parte de la duodécima misión de servicio de reabastecimiento comercial de SpaceX. Una vez ahí, ISS-CREAM se trasladará a la plataforma Exposed Facility que se extiende desde Kibo, el Módulo Experimental Japonés.

Desde esta percha orbital, Se espera que ISS-CREAM estudie la "lluvia cósmica" durante tres años, tiempo necesario para proporcionar mediciones directas sin precedentes de raros rayos cósmicos de alta energía.

A energías superiores a aproximadamente mil millones de electronvoltios, la mayoría de los rayos cósmicos nos llegan desde más allá de nuestro sistema solar. Varias líneas de evidencia, incluyendo observaciones del telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA, apoyan la idea de que las ondas de choque de los escombros en expansión de estrellas que explotaron como supernovas aceleran los rayos cósmicos hasta energías de 1, 000 billones de electronvoltios (PeV). Eso es 10 millones de veces la energía de los haces de protones médicos utilizados para tratar el cáncer. Los datos de ISS-CREAM permitirán a los científicos examinar cómo otras fuentes distintas de los restos de supernovas contribuyen a la población de rayos cósmicos.

Los protones son las partículas de rayos cósmicos más comunes, pero electrones, los núcleos de helio y los núcleos de elementos más pesados ​​constituyen un pequeño porcentaje. Todos son muestras directas de materia del espacio interestelar. Pero debido a que las partículas están cargadas eléctricamente, interactúan con campos magnéticos galácticos, haciéndolos vagar en su viaje a la Tierra. Esto revuelve sus caminos y hace que sea imposible rastrear las partículas de rayos cósmicos hasta sus fuentes.

"Un desafío adicional es que el flujo de partículas que golpean cualquier detector disminuye de manera constante con energías más altas, "dijo el co-investigador de ISS-CREAM Jason Link, investigador del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Entonces, para explorar mejor las energías superiores, o necesitamos un detector mucho más grande o mucho más tiempo de observación. Operar en la estación espacial nos proporciona este tiempo extra ".

Los grandes sistemas terrestres estudian los rayos cósmicos a energías superiores a 1 PeV haciendo que la atmósfera de la Tierra sea el detector. Cuando un rayo cósmico incide en el núcleo de una molécula de gas en la atmósfera, ambos explotan en una lluvia de metralla subatómica que desencadena una cascada más amplia de colisiones de partículas. Algunas de estas partículas secundarias alcanzan los detectores en el suelo, proporcionando información que los científicos pueden utilizar para inferir las propiedades del rayo cósmico original.

Estos secundarios también producen un trasfondo de interferencia que limita la efectividad de las operaciones con globos de CREAM. Eliminar ese fondo es otra ventaja de reubicarse en órbita.

Con un número decreciente de partículas a energías crecientes, el espectro de rayos cósmicos se parece vagamente al perfil de una pierna humana. En PeV Energies, este declive se agudiza abruptamente, formando un detalle que los científicos llaman "rodilla". ISS-CREAM es la primera misión espacial capaz de medir el bajo flujo de rayos cósmicos a energías que se acercan a la rodilla.

"El origen de la rodilla y otras características siguen siendo misterios de larga data, "Seo dijo." Se han propuesto muchos escenarios para explicarlos, pero no sabemos cuál es la correcta ".

Los astrónomos no creen que los remanentes de supernova sean capaces de impulsar los rayos cósmicos más allá del rango de PeV, por lo que la rodilla puede estar moldeada en parte por la caída de sus rayos cósmicos en esta región.

"Los rayos cósmicos de alta energía transportan una gran cantidad de información sobre nuestro vecindario interestelar y nuestra galaxia, pero no hemos podido leer estos mensajes con mucha claridad, ", dijo el co-investigador John Mitchell en Goddard." ISS-CREAM representa un paso significativo en esta dirección ".

ISS-CREAM detecta partículas de rayos cósmicos cuando chocan contra la materia que forma sus instrumentos. Primero, un detector de carga de silicio mide la carga eléctrica de las partículas entrantes, luego, las capas de carbono proporcionan objetivos que fomentan los impactos, produciendo cascadas de partículas que fluyen hacia los detectores eléctricos y ópticos debajo mientras un calorímetro determina su energía. Dos sistemas detectores basados ​​en centelleo proporcionan la capacidad de discernir entre electrones y protones cargados individualmente. Todo dicho, ISS-CREAM puede distinguir electrones, protones y núcleos atómicos tan masivos como el hierro cuando chocan contra los instrumentos.

ISS-CREAM se unirá a otros dos experimentos de rayos cósmicos que ya están trabajando en la estación espacial. El espectrómetro magnético alfa (AMS-02), liderado por una colaboración internacional patrocinada por el Departamento de Energía de EE. UU., está mapeando rayos cósmicos hasta un billón de electronvoltios, y el telescopio de electrones calorimétricos de Japón (CALET), también se encuentra en la instalación expuesta de Kibo, se dedica al estudio de los electrones de los rayos cósmicos.

La gestión general de ISS-CREAM y la integración para su aplicación de estación espacial fue proporcionada por Wallops Flight Facility de la NASA en la costa este de Virginia. ISS-CREAM fue desarrollado como parte de una colaboración internacional liderada por la Universidad de Maryland en College Park, que incluye equipos de NASA Goddard, Universidad Penn State en University Park, Pensilvania, y la Universidad del Norte de Kentucky en Highland Heights, así como instituciones colaboradoras en la República de Corea, México y Francia.