Ballonbaseret forskning på kosmiske partikler, der begyndte for over et århundrede siden, vil få et stort løft næste år - helt op til lav-jordbane, når NASAs kosmiske strålenergi og masse (CREAM) sendes til rumstationen og dermed blive (er du klar til dette?) ISS-CREAM, specielt designet til at detektere kosmiske stråler med superhøj energi og hjælpe forskere med at bestemme, hvad deres (n) mystiske kilde (r) kan være.
”Svaret er et, som verden har ventet på i 100 år,” sagde programforsker Vernon Jones.
Læs mere om dette “cool” eksperiment nedenfor:
Kosmisk strålenergi og masse (CREAM) vil være det første kosmiske stråleinstrument designet til at detektere ved så højere energiområder og over en så udvidet varighed i rummet. Forskere håber at opdage, om kosmiske stråler fremskyndes af en enkelt årsag, som menes at være supernovaer. Den nye forskning kunne også bestemme, hvorfor der er færre kosmiske stråler detekteret ved meget høje energier, end der er teoretiseret om at eksistere.
”Kosmiske stråler er energiske partikler fra det ydre rum,” sagde Eun-Suk Seo, hovedundersøger for CREAM-undersøgelsen. ”De giver en direkte prøve af stof uden for solsystemet. Målinger har vist, at disse partikler kan have energier så høje som 100.000 billioner elektron volt. Dette er en enorm energi, langt ud over og over enhver energi, der kan genereres med menneskeskabte acceleratorer, selv den store Hadron Collider på CERN. ”
Forskere planlægger også at undersøge faldet i kosmisk stråledetektion, kaldet det spektrale "knæ", der forekommer ved omkring tusind billioner elektronvolt (eV), hvilket er omkring 2 milliarder gange mere kraftfuldt end emissionerne i en medicinsk nukleare billeddannelsesscanning. Uanset hvad der forårsager kosmiske stråler, eller filtrerer dem, når de bevæger sig gennem galaksen, tager en bid ud af befolkningen fra 1.000 billioner elektronvolt opad. Spektret for kosmiske stråler strækker sig endvidere langt længere end hvad supernovaer antages at være i stand til at producere.
For at tackle disse spørgsmål planlægger NASA at placere CREAM ombord på rumstationen og blive ISS-CREAM. Instrumentet er fløjet seks gange i alt 161 dage på balloner i lang varighed, der cirkler om Sydpolen, hvor Jordens magnetfeltlinjer i det væsentlige er lodrette.
Ideen om energiske partikler fra rummet var ukendt i 1911, da Victor Hess, Nobelpristageren i fysik fra 1936, blev krediteret for opdagelsen af kosmiske stråler, tog luften for at tackle mysteriet om, hvorfor materialer blev mere elektrificerede med højden, en effekt kaldet ionisering. Forventningen var, at ioniseringen ville svækkes, når man kom længere væk fra Jorden. Hess udviklede følsomme instrumenter og tog dem helt op til 5,3 mil (5,3 kilometer), og han konstaterede, at ioniseringen steg op til firedoblet med højden, dag eller nat.
En bedre forståelse af kosmiske stråler vil hjælpe forskere med at afslutte det igangsatte arbejde, da Hess uventet forvandlede et jordisk spørgsmål til en stjernen gåte. At besvare denne gåte vil hjælpe os med at forstå en skjult, grundlæggende facet af, hvordan vores galakse, og måske universet, er bygget og fungerer.
Fænomenet fik snart et populært, men forvirrende navn, kosmiske stråler, fra en forkert teori om, at de var røntgenstråler eller gammastråler, som er elektromagnetisk stråling, som lys. I stedet for er kosmiske stråler materiale med høj hastighed, højenergi.
Som partikler kan kosmiske stråler ikke fokuseres som lys i et teleskop. I stedet opdager forskere kosmiske stråler ved hjælp af de lys og elektriske ladninger, der produceres, når partiklerne smækker i stof. Forskerne bruger derefter detektivarbejde til at identificere den originale partikel ved direkte måling af dens elektriske ladning og dens energibestemmelse fra snøskredet af affaldspartikler, der skaber deres egne overlappende stier.
CREAM udfører dette spor arbejde ved hjælp af et ioniseringskalorimeter designet til at få kosmiske stråler til at kaste deres energi. Lag af kulstof, wolfram og andre materialer præsenterer kendte nukleare "tværsnit" i stakken. Elektriske og optiske detektorer måler intensiteten af begivenheder, når kosmiske partikler, fra brint til jern, går ned gennem instrumentet.
Selvom CREAM-ballonflyvninger nåede store højder, forblev nok atmosfære over til at forstyrre målingerne. Planen om at montere instrumentet på ydersiden af rumstationen vil placere det over de skjulte effekter af atmosfæren i en højde af 400 kilometer (400 kilometer).
"På hvad kan vi nu håbe på at løse de mange gåder, der stadig findes med hensyn til oprindelsen og sammensætningen af kosmiske stråler?"
- Victor F. Hess, nobelforedrag, dec. 1936
Kilde: NASA
