Nueva misión que va a la Estación Espacial para explorar los misterios de la ' lluvia cósmica '

Un nuevo experimento establecido para un lanzamiento del 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 se bañan en nuestro planeta. El rayo cósmico energético y la misión de masas destinados a la Estación Espacial Internacional (ISS-Cream) está diseñado para medir las partículas de mayor energía de cualquier detector aún volado en el espacio.

CREAM fue desarrollado originalmente como parte del programa del globo de la NASA, durante la cual devolvió medidas a partir de alrededor 120.000 pies en siete vuelos entre 2004 y 2016. Conoce la energía cósmica y la masa de Ray para la Estación Espacial Internacional (ISS-Cream), un experimento diseñado para proporcionar una mirada sin precedentes a las partículas de rayos cósmicos que se acercan a las energías de 1.000.000.000.000.000 voltios de electrones (1 PeV). ISS-Cream detecta estas partículas cuando chocan con la materia que conforman sus instrumentos. Pueden distinguir electrones, protones y núcleos atómicos tan masivos como el hierro que se estrellan a través de la pila del detector. Créditos: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA.

"El experimento del globo de Cream alcanzó una exposición total del cielo de 191 días, un expediente para cualquier experimento astronómico globo-llevado", dijo Eun-Suk SEO, profesor de la física en Universidad de Maryland en Parque de la Universidad y investigador principal del experimento. "Operar en la Estación Espacial aumentará nuestra exposición en más de 10 veces, llevándonos mucho más allá de los límites de energía tradicionales de las mediciones directas."

Los nuevos instrumentos, así como las versiones reacondicionadas de los detectores utilizados originalmente en vuelos en globo por la Antártida, el experimento de la ISS-Cream de tamaño frigorífico de 1,4 toneladas (1.300 kilogramos) serán entregados a la Estación Espacial como parte de la 12ª misión de servicio de reabastecimiento comercial de SpaceX. Una vez allí, ISS-Cream se trasladará a la plataforma de instalación expuesta que se extiende desde Kibo, el módulo de experimento Japonés.

Desde esta perca orbital se espera que la ISS-Cream estudie la "lluvia cósmica" durante tres años, tiempo necesario para proporcionar mediciones directas inigualadas de los raros rayos cósmicos de alta energía.

En energías por encima de 1 mil millones voltios de electrones, la mayoría de los rayos cósmicos vienen a nosotros desde más allá de nuestro sistema solar. Varias líneas de evidencia, incluidas las observaciones del telescopio espacial de rayos gamma de Fermi de la NASA, apoyan la idea de que las ondas expansivas de los escombros en expansión de las estrellas que estallaron como supernovas aceleran los rayos cósmicos hasta las energías de 1.000.000.000.000.000 voltios de electrones (PeV). Eso es 10 millones de veces la energía de las vigas médicas del protón usadas para tratar el cáncer. Los datos de Cream de ISS permitirán a los científicos examinar cómo las fuentes que no son remanentes de supernova contribuyen a la población de rayos cósmicos.
La carga útil de la ISS-Cream fue entregada al centro espacial Kennedy de la NASA en agosto de 2015. El experimento se muestra envuelto en capas plásticas usadas para proteger su electrónica sensible durante el envío.
Créditos: laboratorio de física de rayos cósmicos de la Universidad de Maryland

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

"Un desafío adicional es que el flujo de partículas que impactan en cualquier detector disminuye constantemente con energías más altas", dijo el coinvestigador de la ISS-Cream, Jason Link, investigador del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Así que para explorar mejor las energías más altas, o bien necesitamos un detector mucho más grande o mucho más tiempo de observación." "Operando en la estación espacial nos proporciona este tiempo extra."

Los grandes sistemas terrestres estudian los rayos cósmicos en energías superiores a 1 PeV haciendo que la atmósfera de la Tierra sea el detector. Cuando un rayo cósmico golpea 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 detectores en el terreno, proporcionando información que los científicos pueden utilizar para deducir las propiedades del rayo cósmico original. 
La carga útil de la ISS-Cream fue entregada al centro espacial Kennedy de la NASA en agosto de 2015. El experimento se muestra envuelto en capas plásticas usadas para proteger su electrónica sensible durante el envío.
Créditos: Laboratorio de Física de Rayos Cósmicos de la Universidad de Maryland

Estos secundarios también producen un fondo de interferencia que limitó la efectividad de las operaciones en globo de Cream. Eliminar ese fondo es otra ventaja de reubicarse en órbita.

Con un número decreciente de partículas al aumentar las energías, el espectro del rayo cósmico se asemeja vagamente al perfil de una pierna humana. En PeV Energies, esta declinación abruptamente se inclina, formando un detalle los científicos llaman la "rodilla". ISS-Cream es la primera misión espacial capaz de medir el bajo flujo de rayos cósmicos en las energías que se acercan a la rodilla.

"El origen de la rodilla y otras características siguen siendo antiguos misterios", dijo SEO. "Se han propuesto muchos escenarios para explicarlos, pero no sabemos cuál es el correcto".

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

"Los rayos cósmicos de alta energía llevan una gran cantidad de información sobre nuestro vecindario interestelar y nuestra galaxia, pero no hemos podido leer estos mensajes muy claramente", dijo el investigador John Mitchell en Goddard. "ISS-Cream representa un paso importante en esta dirección."

ISS-Cream detecta partículas de rayos cósmicos cuando chocan con la materia que conforman sus instrumentos. En primer lugar, 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 a los detectores eléctricos y ópticos a continuación, mientras que un calorímetro determina su energía. Dos sistemas de detectores basados en scintillator proporcionan la capacidad de discernir entre los electrones y los protones cargados por separado. Todo dicho, ISS-Cream puede distinguir electrones, protones y núcleos atómicos tan masivos como el hierro que chocan a través de 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 Estados Unidos, está mapeando los rayos cósmicos hasta un billón de voltios de electrones, y el telescopio de electrones calorimétrica (Calet), dirigido por Japón, también ubicado en la instalación expuesta Kibo, está dedicado a estudiar electrones de rayos cósmicos. Credits: NASA

La administración general de ISS-Cream e integración para su aplicación de la Estación Espacial fue proporcionada por la instalación de vuelos de golpe de la NASA en la costa oriental de Virginia. ISS-Cream fue desarrollada como parte de una colaboración internacional liderada por la Universidad de Maryland en College Park, que incluye equipos de la NASA Goddard, la Universidad Penn State en University Park, Pennsylvania, y la Universidad Northern Kentucky en Highland Heights, así como instituciones colaboradoras en la República de Corea, México y Francia.

Imagen de banner: desde su nuevo punto de vista en el módulo experimental Japonés de la Estación Espacial Internacional, la misión expuesta a los rayos cósmicos y la masa (ISS-Cream), que se muestra en la ilustración insertada, estudiará los rayos cósmicos para determinar sus fuentes y mecanismos de aceleración. Crédito: NASA

By Francis Reddy
NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
Last Updated: Aug. 11, 2017
Editor: Rob Garner

Traducción: El Quelonio Volador


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