Astronomen komen steeds tekort als ze "normale" materie onderzoeken, het materiaal waaruit sterrenstelsels bestaan, sterren en planeten. Een nieuwe door NASA gesponsorde CubeSat-missie genaamd HaloSat, ingezet vanuit het internationale ruimtestation op 13 juli, zal wetenschappers helpen bij het zoeken naar de ontbrekende materie van het universum door röntgenstralen te bestuderen van heet gas rond ons Melkwegstelsel.

De kosmische microgolfachtergrond (CMB) is het oudste licht in het heelal, straling van toen het 400 was, 000 jaar oud. Berekeningen op basis van CMB-waarnemingen geven aan dat het heelal het volgende bevat:5 procent normale materie protonen, neutronen en andere subatomaire deeltjes; 25 procent donkere materie, een stof die onbekend blijft; en 70 procent donkere energie, een negatieve druk die de uitdijing van het heelal versnelt.

Toen het heelal uitdijde en afkoelde, normale materie versmolt tot gas, stof, planeten, sterren en sterrenstelsels. Maar wanneer astronomen de geschatte massa's van deze objecten tellen, ze vertegenwoordigen slechts ongeveer de helft van wat kosmologen zeggen dat aanwezig zou moeten zijn.

"We zouden vandaag alle materie moeten hebben die we hadden toen het universum 400 was, 000 jaar oud, zei Philip Kaaret, hoofdonderzoeker van HaloSat aan de Universiteit van Iowa (UI), die de missie leidt. "Waar ging het naartoe? Het antwoord op die vraag kan ons helpen te leren hoe we van de uniforme staat van de CMB naar de grootschalige structuren zijn gekomen die we vandaag zien."

Onderzoekers denken dat de ontbrekende materie zich in heet gas bevindt dat zich ofwel in de ruimte tussen sterrenstelsels of in galactische halo's bevindt, uitgebreide componenten die individuele sterrenstelsels omringen.

HaloSat zal gas bestuderen in de halo van de Melkweg die ongeveer 2 miljoen graden Celsius (3,6 miljoen graden Fahrenheit) loopt. Bij zulke hoge temperaturen zuurstof stoot de meeste van zijn acht elektronen af ​​en produceert de röntgenstralen die HaloSat zal meten.

Andere röntgentelescopen, zoals NASA's Neutronenster Interior Composition Explorer en het Chandra X-ray Observatory, bestudeer individuele bronnen door naar kleine stukjes lucht te kijken. HaloSat zal naar de hele lucht kijken, 100 vierkante graden per keer, die zal helpen bepalen of de diffuse galactische halo meer de vorm heeft van een gebakken ei of een bol.

"Als je denkt aan de galactische halo in het model met gebakken eieren, het zal een andere verdeling van helderheid hebben als je er vanaf de aarde recht omhoog kijkt dan wanneer je vanuit grotere hoeken kijkt, " zei Keith Jahoda, een HaloSat mede-onderzoeker en astrofysicus bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Als het een quasi-sferische vorm heeft, vergeleken met de afmetingen van de melkweg, dan verwacht je dat het in alle richtingen bijna dezelfde helderheid zal hebben."

De vorm van de halo bepaalt de massa, wat wetenschappers zal helpen begrijpen of de ontbrekende materie van het universum zich in galactische halo's of elders bevindt.

HaloSat zal de eerste astrofysische missie zijn die de effecten van röntgenstraling die wordt geproduceerd door de uitwisseling van ladingen door zonnewind minimaliseert. Deze emissie vindt plaats wanneer de zonnewind, een uitstroom van sterk geladen deeltjes uit de zon, interageert met ongeladen atomen zoals die in de atmosfeer van de aarde. De zonnewinddeeltjes grijpen elektronen van de ongeladen atomen en zenden röntgenstraling uit. Deze emissies vertonen een spectrum dat vergelijkbaar is met wat wetenschappers verwachten te zien van de galactische halo.

"Elke waarneming die we doen heeft tot op zekere hoogte deze zonnewindemissie, maar het varieert met de tijd en de omstandigheden van de zonnewind, " zei Kip Kuntz, een HaloSat-medeonderzoeker aan de Johns Hopkins University in Baltimore. "De variaties zijn zo moeilijk te berekenen dat veel mensen het gewoon noemen en het vervolgens negeren in hun observaties."

Om deze zonnewind-röntgenstralen te minimaliseren, HaloSat zal de meeste van zijn gegevens gedurende 45 minuten verzamelen op de nachtelijke helft van zijn 90 minuten durende baan rond de aarde. Aan de kant van de dag, de satelliet zal opladen met behulp van zijn zonnepanelen en gegevens verzenden naar NASA's Wallops Flight Facility in Virginia, die de gegevens doorstuurt naar het operationele controlecentrum van de missie bij Blue Canyon Technologies in Boulder, Colorado.

"HaloSat was een geweldige kans om een ​​instrument in handen te krijgen, werken aan de fijne kneepjes van iets dat de ruimte in gaat, en plan voor alle problemen die daarmee gepaard gaan, wat erg leuk is, " zei Daniël LaRocca, een UI-afgestudeerde student in het missieteam.

HaloSat meet 4 bij 8 bij 12 inch (ongeveer 10 bij 20 bij 30 centimeter) en weegt ongeveer 26 pond (12 kilogram). Het is de eerste op wetenschap gerichte CubeSat-missie voor astrofysica, maar een CubeSat genaamd de Arcsecond Space Telescope Enabling Research in Astrophysics (ASTERIA), geleid door NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, gelanceerd in 2017 om astrofysica-technologie te demonstreren. CubeSat-missies nemen gewoonlijk ongeveer drie jaar in beslag om zich te ontwikkelen door de lancering en het begin van het verzamelen van gegevens, de optimale hoeveelheid tijd voor niet-gegradueerde of afgestudeerde studenten om van begin tot eind betrokken te zijn.

"HaloSat heeft absoluut bepaald hoe ik mijn toekomst zie spelen, " zei Hannah Gulick, a UI undergraduate working on the mission. "I hope to be an astrophysicist who builds instruments and then uses the observations from those instruments to make my own discoveries."

HaloSat is a NASA CubeSat mission led by the University of Iowa in Iowa City. Additional partners include NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, NASA's Wallops Flight Facility on Wallops Island, Virginia, Blue Canyon Technologies in Boulder, Colorado, Johns Hopkins University in Baltimore and with important contributions from partners in France. HaloSat was selected through NASA's CubeSat Launch Initiative as part of the 23rd installment of the Educational Launch of Nanosatellites missions.