Een wetenschappelijk team op Antarctica bereidt zich voor om een ​​door een ballon gedragen instrument naar boven te halen om informatie over kosmische straling te verzamelen. hoogenergetische deeltjes van buiten het zonnestelsel die elk moment van de dag de atmosfeer van de aarde binnendringen. Het instrument, genaamd de Super Trans-Iron Galactische Element Recorder (SuperTIGER), is ontworpen om zeldzame zware kernen te bestuderen, die aanwijzingen bevatten over waar en hoe kosmische stralen snelheden bereiken tot bijna de lichtsnelheid.

De lancering wordt verwacht op 10 december, als het weer het toelaat.

"De vorige vlucht van SuperTIGER duurde 55 dagen, het vestigen van een record voor de langste vlucht van een zware wetenschappelijke ballon, " zei Robert Binns, de hoofdonderzoeker aan de Washington University in St. Louis, die de missie leidt. "De tijd omhoog vertaald in een lange blootstelling, wat belangrijk is omdat de deeltjes die we zoeken slechts een klein deel van de kosmische straling uitmaken."

De meest voorkomende kosmische stralingsdeeltjes zijn protonen of waterstofkernen, goed voor ongeveer 90 procent, gevolgd door heliumkernen (8 procent) en elektronen (1 procent). De rest bevat de kernen van andere elementen, met afnemende aantallen zware kernen naarmate hun massa toeneemt. Met SuperTIGER, onderzoekers zijn op zoek naar de zeldzaamste van de zeldzame - zogenaamde ultrazware kosmische stralingskernen voorbij ijzer, van kobalt tot barium.

"Zware elementen, zoals het goud in je sieraden, worden geproduceerd via speciale processen in sterren, en SuperTIGER wil ons helpen begrijpen hoe en waar dit gebeurt, " zei hoofd mede-onderzoeker John Mitchell van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "We zijn allemaal sterrenstof, maar uitzoeken waar en hoe dit sterrenstof wordt gemaakt, helpt ons onze melkweg en onze plaats daarin beter te begrijpen."

Wanneer een kosmische straal de kern van een molecuul atmosferisch gas raakt, beide exploderen in een regen van subatomaire granaatscherven die een cascade van deeltjesbotsingen veroorzaakt. Sommige van deze secundaire deeltjes bereiken detectoren op de grond, het verstrekken van informatie die wetenschappers kunnen gebruiken om de eigenschappen van de oorspronkelijke kosmische straal af te leiden. Maar ze produceren ook een storende achtergrond die sterk wordt verminderd door vliegende instrumenten op wetenschappelijke ballonnen, die hoogten van bijna 130 bereiken, 000 voet (40, 000 meter) en zweven boven 99,5 procent van de atmosfeer.

De meest massieve sterren smeden elementen tot ijzer in hun kernen en exploderen dan als supernova's, het materiaal in de ruimte verspreiden. De explosies creëren ook omstandigheden die resulteren in een korte, intense stroom van subatomaire deeltjes genaamd neutronen. Veel van deze neutronen kunnen "plakken" aan ijzerkernen. Sommigen van hen vervallen vervolgens in protonen, nieuwe elementen produceren die zwaarder zijn dan ijzer.

Supernova-explosiegolven zorgen voor de boost die deze deeltjes in hoogenergetische kosmische straling verandert. Terwijl een schokgolf zich in de ruimte uitbreidt, het vangt en versnelt deeltjes totdat ze energieën bereiken die zo extreem zijn dat ze niet langer kunnen worden ingesloten.

In de laatste twee decennia, bewijs verzameld van detectoren op NASA's Advanced Composition Explorer-satelliet en SuperTIGER's voorganger, het door een ballon gedragen TIGER-instrument, heeft wetenschappers in staat gesteld een algemeen beeld te krijgen van bronnen van kosmische straling. Ongeveer 20 procent van de kosmische straling zou afkomstig zijn van massieve sterren en supernovaresten, terwijl 80 procent afkomstig was van interstellair stof en gas met chemische hoeveelheden die vergelijkbaar zijn met die in het zonnestelsel.

"In de afgelopen jaren het is duidelijk geworden dat sommige of alle zeer neutronenrijke elementen zwaarder dan ijzer kunnen worden geproduceerd door neutronensterfusies in plaats van supernova's, " zei mede-onderzoeker Jason Link bij Goddard.

Neutronensterren zijn de objecten met de grootste dichtheid die wetenschappers rechtstreeks kunnen bestuderen, de verpletterde kernen van massieve sterren die als supernova's explodeerden. Neutronensterren die om elkaar heen draaien in binaire systemen zenden zwaartekrachtgolven uit, die rimpelingen in de ruimte-tijd zijn voorspeld door de algemene relativiteitstheorie van Einstein. Deze golven verwijderen orbitale energie, waardoor de sterren steeds dichterbij komen totdat ze uiteindelijk samenvallen en samensmelten.

Theoretici berekenden dat deze gebeurtenissen zo dik zouden zijn met neutronen dat ze verantwoordelijk zouden kunnen zijn voor de meeste van de zeer neutronenrijke kosmische straling die zwaarder is dan nikkel. Op 17 augustus NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope en de Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory van de National Science Foundation detecteerden het eerste licht en de zwaartekrachtsgolven van neerstortende neutronensterren. Latere waarnemingen door de Hubble- en Spitzer-ruimtetelescopen geven aan dat er tijdens de gebeurtenis grote hoeveelheden zware elementen zijn gevormd.

"Het is mogelijk dat fusies van neutronensterren de dominante bron zijn van zware, neutronenrijke kosmische straling, maar verschillende theoretische modellen produceren verschillende hoeveelheden elementen en hun isotopen, "Zei Binns. "De enige manier om tussen hen te kiezen, is door te meten wat er echt is, en dat is wat we gaan doen met SuperTIGER."