Os técnicos baixam o ISS-CREAM para uma câmara que simula o ambiente espacial durante os testes em nível de sistema no Goddard Space Flight Center da NASA no verão de 2015. Crédito:Laboratório de Física de Raios Cósmicos da Universidade de Maryland
Em 14 de agosto, 2017, um detector de raios cósmicos inovador projetado pela Universidade de Maryland viajará para a Estação Espacial Internacional (ISS) a bordo da missão SpaceX-12 Commercial Resupply Service. O instrumento, denominado ISS Energia e Massa do Raio Cósmico (ISS-CREAM), tem aproximadamente o tamanho de um refrigerador e permanecerá instalado no Módulo Experimental Japonês da ISS por pelo menos três anos. As enormes quantidades de dados que o ISS-CREAM irá coletar podem revelar novos detalhes sobre a origem e diversidade dos raios cósmicos.
Os raios cósmicos não são raios de forma alguma, mas partículas altamente energéticas que voam pelo espaço quase à velocidade da luz. As partículas variam em tamanho, dos prótons subatômicos aos núcleos atômicos de elementos como o carbono e o boro. Os cientistas suspeitam que as partículas são fragmentos de estilhaços subatômicos produzidos por supernovas, mas também podem ser assinaturas de outros fenômenos cataclísmicos.
Independentemente de sua origem, "os raios cósmicos são amostras diretas de matéria de fora de nosso sistema solar - possivelmente das partes mais distantes do universo, "disse Eun-Suk Seo, professor de física na UMD e investigador principal do ISS-CREAM. Seo lidera o Cosmic Ray Physics Group da UMD e tem um compromisso conjunto no UMD Institute for Physical Science and Technology.
ISS-CREAM se baseia em mais de uma década de trabalho do grupo de pesquisa de Seo, que inclui sete missões de balão de longa duração (LDB) na Antártica, dedicadas ao estudo da natureza dos raios cósmicos. Cada uma dessas missões da LDB foi facilitada pela NASA com apoio adicional da National Science Foundation.
A carga útil ISS-CREAM foi entregue ao Kennedy Space Center da NASA em agosto de 2015. O experimento é mostrado envolto em camadas de plástico usadas para proteger seus componentes eletrônicos sensíveis durante o transporte. Crédito:Laboratório de Física de Raios Cósmicos da Universidade de Maryland
O primeiro, conhecido como Cosmic Ray Energetics and Mass I (CREAM I), lançado em dezembro de 2004. CREAM I carregava instrumentos para medir a energia, cobrar, massa e direção das partículas de raios cósmicos que chegam. As cinco missões a seguir, também denominado CREAM e numerado II-VI, carregava o mesmo conjunto básico de instrumentos. A sétima e mais recente missão assumiu um nome diferente:Raios cósmicos de Boro e Carbono na Estratosfera Superior (BACCUS). O vôo estabeleceu um recorde para o primeiro lançamento sazonal na história do programa LDB da NASA em 28 de novembro, 2016, e concluído 30 dias depois.
O ISS-CREAM carregará um conjunto de instrumentos muito semelhante aos seus primos transportados por balão. Mas, ao contrário dos experimentos com balão, Os detectores do ISS-CREAM terão diretos, acesso desimpedido aos raios cósmicos incidentes - sem interferência atmosférica. De volta à Terra, A equipe de Seo monitorará as operações 24 horas por dia, realizar turnos para garantir que os instrumentos estejam devidamente calibrados e coletar o máximo de dados.
Quando uma partícula de raio cósmico atinge a atmosfera da Terra, ele logo colide com outra partícula - provavelmente um átomo de nitrogênio ou oxigênio. Isso desencadeia uma cascata de partículas secundárias que transportam menos energia do que a partícula original. A atmosfera serve como um filtro protetor, desacelerando os perigosos raios cósmicos antes que eles tenham a chance de danificar vidas e propriedades aqui na superfície da Terra.
Isso também significa que os detectores de raios cósmicos ligados à Terra podem ver apenas partículas secundárias. Orbitando acima da atmosfera, O ISS-CREAM aborda esse desafio e oferece vários outros benefícios em comparação com os experimentos com balão.
"Para ver as partículas primárias, temos que voar um instrumento no espaço. Isso remove o fundo atmosférico, "Seo explicou." Experimentos anteriores também foram limitados a energias mais baixas por causa do tamanho da carga útil e da duração do voo. O ISS-CREAM estenderá nossas medições para as energias mais altas possíveis e nos permitirá aumentar nossa exposição em uma ordem de magnitude. "
O ISS-CREAM também tem que resistir a condições adversas muito além das experimentadas durante uma missão de balão.
"O ISS-CREAM precisa sobreviver a um violento lançamento de foguete. O lançamento de um balão é muito suave em comparação, "Seo disse." ISS-CREAM também tem que continuar trabalhando sem reparos por anos, enquanto um instrumento de balão só precisa durar um ou dois meses. E qualquer experimento baseado no espaço deve ser protegido da radiação, o que torna tudo mais caro e os processos de design mais exigentes. "
As partículas de raios cósmicos podem ajudar a resolver um dos enigmas científicos mais elusivos da atualidade:determinar a natureza da matéria escura. De acordo com Seo, a teoria sugere que as partículas de matéria escura podem colidir e aniquilar umas às outras, resultando em partículas energéticas de matéria convencional que reconhecemos como raios cósmicos. Se esta teoria estiver correta, estudar os raios cósmicos pode resultar em pistas promissoras na busca de matéria escura.
"A natureza misteriosa dos raios cósmicos serve como um lembrete de quão pouco sabemos sobre o nosso universo. A descoberta dos raios cósmicos deu origem ao campo da física de partículas no início do século 20. Mas nenhum acelerador de partículas feito pelo homem pode alcançar o níveis de energia que vemos nos raios cósmicos, "Seo acrescentou." Nossa equipe está aguardando ansiosamente este lançamento há anos. Este é um momento muito emocionante para nós, bem como para outros no campo da astrofísica de partículas de alta energia. "
