El 14 de agosto 2017, Un innovador detector de rayos cósmicos diseñado por la Universidad de Maryland viajará a la Estación Espacial Internacional (ISS) a bordo de la misión del Servicio de Reabastecimiento Comercial SpaceX-12. El instrumento, denominada ISS Cosmic Ray Energetics and Mass (ISS-CREAM), es aproximadamente del tamaño de un refrigerador y permanecerá instalado en el Módulo Experimental Japonés de la ISS durante al menos tres años. Las enormes cantidades de datos que recopilará ISS-CREAM podrían revelar nuevos detalles sobre el origen y la diversidad de los rayos cósmicos.

Los rayos cósmicos no son rayos en absoluto, pero partículas muy enérgicas que zumban a través del espacio casi a la velocidad de la luz. Las partículas varían en tamaño, desde los protones subatómicos hasta los núcleos atómicos de elementos como el carbono y el boro. Los científicos sospechan que las partículas son fragmentos de metralla subatómica producida por supernovas, pero también podrían ser firmas de otros fenómenos cataclísmicos.

Independientemente de su origen, "los rayos cósmicos son muestras directas de materia del exterior de nuestro sistema solar, posiblemente de los confines más distantes del universo, "dijo Eun-Suk Seo, profesor de física en la UMD e investigador principal de ISS-CREAM. Seo dirige el Grupo de Física de Rayos Cósmicos de la UMD y tiene un nombramiento conjunto en el Instituto de Ciencia y Tecnología Física de la UMD.

ISS-CREAM se basa en más de una década de trabajo del grupo de investigación de Seo, que incluye siete misiones de globos de larga duración (LDB) en la Antártida dedicadas a estudiar la naturaleza de los rayos cósmicos. Cada una de estas misiones LDB fue facilitada por la NASA con el apoyo adicional de la National Science Foundation.

El primero, conocida como Energética de Rayos Cósmicos y Masa I (CREMA I), lanzado en diciembre de 2004. CREAM Llevé instrumentos para medir la energía, cargar, masa y dirección de las partículas de rayos cósmicos entrantes. Las siguientes cinco misiones, también llamado CREMA y numerado II-VI, llevaba el mismo conjunto básico de instrumentos. La séptima y más reciente misión tomó un nombre diferente:Rayos cósmicos de boro y carbono en la estratosfera superior (BACCUS). El vuelo estableció un récord para el primer lanzamiento estacional en la historia del programa LDB de la NASA el 28 de noviembre. 2016, y concluyó 30 días después.

ISS-CREAM llevará un conjunto de instrumentos muy similar a sus primos transportados por globos. Pero a diferencia de los experimentos con globos, Los detectores de ISS-CREAM tendrán acceso directo, acceso sin obstáculos a los rayos cósmicos entrantes, sin interferencia atmosférica. De vuelta a la Tierra El equipo de Seo supervisará las operaciones durante todo el día, tomar turnos para garantizar que los instrumentos estén correctamente calibrados y recopilar la máxima cantidad de datos.

Cuando una partícula de rayos cósmicos llega a la atmósfera de la Tierra, pronto choca con otra partícula, muy probablemente un átomo de nitrógeno u oxígeno. Esto desencadena una cascada de partículas secundarias que transportan menos energía que la partícula original. La atmósfera sirve como filtro protector, ralentizar los rayos cósmicos peligrosos antes de que tengan la oportunidad de dañar la vida y la propiedad aquí en la superficie de la Tierra.

Esto también significa que los detectores de rayos cósmicos con destino a la Tierra solo pueden ver partículas secundarias. Al orbitar por encima de la atmósfera, ISS-CREAM aborda este desafío y ofrece varios otros beneficios en comparación con los experimentos con globos.

"Para ver partículas primarias tenemos que volar un instrumento en el espacio. Esto elimina el fondo atmosférico, "Seo explicó." Los experimentos anteriores también se limitaron a energías más bajas debido al tamaño de la carga útil y la duración del vuelo. ISS-CREAM extenderá nuestras mediciones a las energías más altas posibles y nos permitirá aumentar nuestra exposición en un orden de magnitud ".

ISS-CREAM también tiene que soportar condiciones duras mucho más allá de las experimentadas durante una misión en globo.

"ISS-CREAM tiene que sobrevivir al violento lanzamiento de un cohete. En comparación, el lanzamiento de un globo es muy suave, "Seo dijo." ISS-CREAM también tiene que seguir funcionando sin reparaciones durante años, mientras que un instrumento de globo solo necesita durar uno o dos meses. Y cualquier experimento espacial debe estar protegido de la radiación, lo que hace que todo sea más caro y los procesos de diseño más exigentes ".

Las partículas de rayos cósmicos podrían ayudar a resolver uno de los acertijos científicos más esquivos de la actualidad:determinar la naturaleza de la materia oscura. Según Seo, La teoría sugiere que las partículas de materia oscura podrían colisionar y aniquilarse entre sí, resultando en partículas energéticas de materia convencional que reconocemos como rayos cósmicos. Si esta teoría es correcta, el estudio de los rayos cósmicos podría resultar en pistas prometedoras en la búsqueda de materia oscura.

"La naturaleza misteriosa de los rayos cósmicos sirve como un recordatorio de lo poco que sabemos sobre nuestro universo. El descubrimiento de los rayos cósmicos dio origen al campo de la física de partículas a principios del siglo XX. Pero ningún acelerador de partículas fabricado por humanos puede alcanzar el niveles de energía que vemos en los rayos cósmicos, "Añadió Seo." Nuestro equipo ha estado esperando ansiosamente este lanzamiento durante años. Este es un momento muy emocionante para nosotros y para otros en el campo de la astrofísica de partículas de alta energía ".