Uma equipe de pesquisadores da Universidade do Alabama em Huntsville (UAH) recebeu financiamento da NASA como parte de um grande, Colaboração de cinco anos nos EUA para voar em uma missão de balão de duração ultralonga com três telescópios ultrassensíveis inovadores para detectar raios cósmicos e neutrinos vindos do espaço profundo. Planejado para lançamento em 2022, a segunda geração do Observatório Espacial do Universo Extremo em um Balão de Superpressão (EUSO-SPB2) é um grande passo em direção a uma missão planejada para enviar uma sonda ao espaço.

"A UAH está envolvida nesta pesquisa há mais de 20 anos, com a ciência inicialmente conduzida aqui pelo falecido professor de física Yoshi Takahashi, "diz o Dr. Patrick Reardon, que atua como diretor do Centro de Óptica Aplicada (CAO) da UAH e como investigador principal do esforço da UAH. "Desde então, uma equipe do CAO, incluindo o designer óptico Ken Pitalo e vários alunos, tem criado e testado alguns designs ópticos extraordinários. "

A ciência que conduz esta investigação é uma busca pela fonte de partículas de ultra-alta energia do espaço que atingiram a nossa Terra. Um tipo dessas partículas são os raios cósmicos:núcleos subatômicos viajando de todas as direções no espaço, acelerado por supernovas e outros fenômenos cósmicos desconhecidos. Da mesma forma misteriosos são os neutrinos, as "partículas fantasmas" que passam por nós o tempo todo, principalmente não detectado.

Embora haja muito que não sabemos sobre neutrinos, a preocupação mais urgente é de onde eles vêm. Tudo o que se sabe é que, com base em estudos do Observatório Pierre Auger na Argentina, os raios cósmicos mais energéticos que atingem a Terra vêm de fora da nossa própria galáxia. Os raios cósmicos e neutrinos mais extremos oferecem a maioria das pistas de suas origens e viagens, porque podem resistir aos efeitos dos campos magnéticos no espaço que curvam os caminhos das partículas mais fracas. Isso é o que este novo experimento com balão financiado pela NASA estará caçando.

"Este programa nos ajudará a resolver o grande mistério de onde no universo essas partículas altamente energéticas estão vindo, e como eles poderiam ser feitos, "diz a Dra. Angela Olinto, da Universidade de Chicago Albert A. Michelson, Professor de Distinção em Astronomia e Astrofísica e investigador principal da colaboração.

Porque existem relativamente poucas partículas cósmicas que colidem com a Terra, EUSO-SPB2 não irá detectá-los diretamente. Em vez de, o experimento realizado em um balão procurará os rastros de luz ultravioleta e visível (fótons) que são gerados na esteira das partículas enquanto voam pela atmosfera da Terra. Para aumentar a probabilidade de obter dados sobre as partículas, será colocado a uma altitude de 100, 000 pés, alto o suficiente para monitorar um grande volume de nossa atmosfera.

O desafio, Contudo, está projetando um sistema óptico que leva em consideração o número limitado de fótons gerados e a altíssima velocidade em que as imagens devem ser adquiridas. Ele não deve apenas ter muito mais poder de coleta de luz do que o James Webb Space Telescope (JWST) da NASA, mas também deve caber e ser levantado por um balão.

"Embora o JWST tenha um grande espelho coletor primário de 6,4 metros, ou 20 pés, em diâmetro, seu campo de visão é de apenas 0,3 por 0,15 graus, "diz o Dr. Reardon." Em contraste, enquanto o EUSO-SPB2 usa ótica com área de coleta de apenas 1 metro de diâmetro, seu campo de visão é de 45 por 5 graus. "Multiplicando a área de coleta pelo campo de visão, e o sistema UAH tem cerca de 100 vezes a taxa de transferência do JWST.

De acordo com o Dr. Reardon, este é exatamente o tipo de projeto para o qual o CAO tem experiência em engenharia óptica. "Primeiro temos que transformar as necessidades científicas em especificações ópticas práticas, "ele diz." Então nós projetamos a ótica, garantindo que eles possam ser fabricados e montados com sucesso. "Em alguns casos, essas óticas são produzidas no local na UAH. Depois disso, ele continua, "desenvolvemos os instrumentos e procedimentos de teste e alinhamento, e até mesmo auxiliar na implantação do sistema. "Esses são os recursos que o CAO traz para todos os projetos.

Além de projetar e garantir que as óticas sejam montadas corretamente, o CAO está trabalhando com o Dr. James Adams e o Dr. Evgeny Kuznetsov do Centro de Pesquisa Aeronômica e Plasma Espacial da UAH para apoiar os sistemas de energia, desenvolvimento de detector, e testes de solo, todos os quais são essenciais para o sucesso da missão.

O balão do tamanho de um campo de futebol, que pode viajar por meses a 20 milhas na atmosfera carregando os pioneiros 30, Observatório de 000 libras, levará até três desses telescópios - cada um ajustado para procurar características específicas que ajudam a identificar as partículas cósmicas. A missão será lançada da Nova Zelândia para que o balão possa pegar uma carona na corrente de jato polar que circunda a parte inferior do globo. O objetivo é que o balão faça várias viagens ao redor da Antártica ao longo de 100 dias ou mais.

O vôo fornecerá uma prova de conceito para a sonda planejada de Astrofísica Extrema de Multi-Mensageiro (POEMMA), um par de satélites em órbita com as mesmas capacidades, mas com várias ordens de magnitude a mais de sensibilidade. UAH faz parte de uma equipe de cientistas e engenheiros da NASA liderada pelo Dr. Olinto que está projetando a missão POEMMA para consideração pela Pesquisa de Astronomia e Astrofísica de 2020, uma priorização científica para a década liderada pela Academia Nacional de Ciências.