Sonda do mapowania i akceleracji międzygwiazdowej będzie przechwytywać międzygwiazdowy pył gwiezdny

Naukowcy i inżynierowie z CU Boulder wkrótce zaangażują się w próbę zebrania kawałków pyłu gwiezdnego, maleńkich kawałków materii przepływających przez Drogę Mleczną, które niegdyś były elementami składowymi naszego Układu Słonecznego.

Pościg jest częścią NASA Mapowanie międzygwiazdowe i sonda akceleracyjna (IMAP) Misja zbadania naszego słonecznego sąsiedztwa – dekodowanie wiadomości w cząsteczkach pochodzących ze Słońca i spoza naszej kosmicznej tarczy. Od 2018 roku zespół im Laboratorium Fizyki Atmosfery i Kosmosu (LASP) W CU Boulder kierował rozwojem jednego z 10 instrumentów naukowych misji.

W tym tygodniu zespół przesłał narzędzie znane jako Eksperyment z pyłem międzygwiazdowym (IDEX)Na ciężarówce dostawczej. Instrument w kształcie dużego bębna i ważący 47 funtów zostanie przetransportowany do Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w Maryland. Tam inżynierowie rozpoczną proces instalacji IDEX na statku kosmicznym IMAP.

IDEX to pierwsze narzędzie IMAP dostępne w Maryland. W trakcie dwuletniej misji IDEX będzie bardzo szczegółowo wykrywał i analizował skład setek cząstek pyłu międzygwiazdowego. Cząsteczki te napływają do naszego Układu Słonecznego z rozległych przestrzeni międzygwiazdowych, czyli ośrodka międzygwiazdowego. IDEX wykryje także tysiące międzyplanetarnych cząstek pyłu uwalnianych przez komety i asteroidy.

Ziarna międzygwiazdowe są tak cienkie, że instrument może zebrać ich zaledwie kilkaset w ciągu swojego życia. Ale każda maleńka cząsteczka pyłu międzygwiezdnego kryje w sobie skarbnicę informacji.

„Te cząstki pyłu narodziły się w wyniku eksplozji supernowych i większość z nich uległa zmianie podczas podróży w przestrzeni międzygwiazdowej, ale nadal są materiałem najbliższym nam do zrozumienia elementów składowych Układu Słonecznego” – powiedział Mihaly Hourani, dyrektor Instytutu szkoła. Pracownik naukowy IDEX i profesor LASP oraz Wydziału Fizyki CU Boulder. „Wykrywanie i analizowanie ich w kosmosie otwiera nowe okno na wszechświat”.

IMAP, kierowany przez Uniwersytet Princeton, ma wystartować wiosną 2025 r. i przebędzie około miliona mil do punktu w przestrzeni między Ziemią a Słońcem zwanego Punktem Lagrange'a 1.

Eksperyment z pyłem międzygwiezdnym (IDEX) w LASP ma otwarte drzwi. (Źródło: Patrick Campbell/CU Boulder)

Podczas misji IDEX otworzy otwór o szerokości około 20 cali, aby wychwycić pobliski pył, podobnie jak humbak łapiący kryl. Instrument będzie rejestrował prędkość przemieszczania się cząstek, skąd pochodzą i z czego są zbudowane.

Raquel Ahrens, która pracuje w dziale operacji misyjnych w IDEX, wyjaśniła, że ​​narzędzie jest wynikiem lat pracy zespołu profesjonalistów i studentów z LASP, obejmujących wiele późnych nocy i wczesnych poranków.

„To, co osiągnęliśmy jako zespół i LASP, jest niesamowite” – powiedział Ahrens, asystent naukowy w LASP.

szybki i wściekły

Dan Baker, dyrektor LASP, dodał, że instytut ma długą tradycję używania szkła powiększającego do badania często pomijanego kosmicznego pyłu. Zespół z LASP zaprojektował i zbudował wcześniej podobne narzędzie o nazwie SUrface Dust Analyzer (SUDA). SUDA jest częścią misji NASA Europa Clipper, której wystrzelenie na księżyc Jowisza, Europę, zaplanowano jeszcze w tym roku. Studencki licznik pyłu LASP został wystrzelony podczas misji New Horizons w 2006 roku i obecnie bada obrzeża naszego Układu Słonecznego.

„Jednym z głównych osiągnięć LASP są badania nad pyłem kosmicznym” – powiedział Baker. „Przez dwie dekady zespół LASP udoskonalał i udoskonalał techniki wykrywania, aby umożliwić naprawdę niesamowite pomiary, które rewolucjonizują nasze zrozumienie pochodzenia i ewolucji naszego Układu Słonecznego oraz rozległego wszechświata poza nim”.

Eksperyment z pyłem międzygwiazdowym (IDEX)

Scott Tucker, kierownik projektu IDEX, powiedział, że wychwytywanie pyłu w przestrzeni kosmicznej nie jest łatwe. Ponieważ cząstki pyłu międzygwiazdowego są tak rzadkie, on i jego koledzy musieli zbudować instrument około dwa i pół razy większy niż SUDA.Im większe usta, tym więcej cząstek można wychwycić.

Każde ziarno pyłu, które jest prawdopodobnie bogate w krzem i węgiel, może mieć średnicę kilku milionowych cala. Ale niektóre będą również podróżować z prędkością przekraczającą 100 000 mil na godzinę.

Kiedy te kulki uderzą w tył IDEX-a, natychmiast wyparują, tworząc chmurę jonów, którą urządzenie następnie zbierze i przeanalizuje.

„Głównym wyzwaniem dla IDEX jest to, co inżynierowie nazywają «zakresem dynamiki»” – powiedział Tucker. „Musimy brać pod uwagę zarówno naprawdę szybkie, duże cząstki, jak i mniejsze, wolniejsze cząstki i mierzyć je tym samym instrumentem”.

Dodał, że jak dotąd naukowcom udało się uchwycić i zbadać jedynie kilkadziesiąt ziaren pyłu międzygwiazdowego, dlatego każde nowe odkrycie za pośrednictwem IDEX jest cenne.

„To małe pakiety informacji sprzed bardzo, bardzo dawna” – powiedział Tucker.

Wesoła wycieczka

Dodał, że IDEX nie wydostałby się z Kolorado, nie mówiąc już o tej przestrzeni, bez wkładu studentów i specjalistów rozpoczynających karierę.

Arens jest jednym z tych wschodzących badaczy. Uzyskała tytuł licencjata z astrofizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Boulder w 2020 r. i dołączyła do LASP w 2023 r. Dbała o prawidłowe działanie systemu IDEX, podczas gdy inżynierowie poddawali go szeregowi testów. Wiązało się to z wystrzeleniem w urządzenie małych kawałków metalu reprezentujących materię międzygwiazdową za pomocą znajdującej się na terenie kampusu maszyny zwanej akceleratorem pyłu.

Jest także jedną z 87 osób, które uroczyście wybiorą się w przestrzeń kosmiczną wraz z firmą IDEX, a na instrumencie znajduje się tabliczka z wygrawerowanymi nazwiskami kilku członków zespołu, którzy pracowali nad nim przez lata.

„To niesamowite obserwować, jak wszyscy ci inżynierowie współpracują, pracują do późna, odkrywają problemy i nadal idą do przodu z pozytywnym nastawieniem” – powiedział Ahrens.

Profesor David J. McComas z misji Uniwersytetu Princeton wraz z międzynarodowym zespołem 25 instytucji partnerskich. Laboratorium Fizyki Stosowanej Johnsa Hopkinsa w Laurel w stanie Maryland buduje statek kosmiczny i obsługuje misję. IMAP to piąta misja w portfolio sond naziemnych (STP) należących do NASA. Dział Projektów Explorers and Heliophysics w Centrum Lotów Kosmicznych Goddard NASA w Greenbelt w stanie Maryland zarządza programem STP dla Działu Heliofizyki agencji w Dyrekcji Misji Naukowych NASA.

Astrobiologia, Astrochemia,