Wetenschappers van CU Boulder ontwikkelen een satelliet ter grootte van een broodrooster om een ​​van de meest fundamentele mysteries van de kosmos te onderzoeken:hoe kwam straling van sterren uit de eerste sterrenstelsels om de samenstelling van het universum fundamenteel te veranderen dat weten we vandaag.

Die inzichten zullen afkomstig zijn van het Supernova Remnants and Proxies for ReIonization Testbed Experiment (SPRITE), een door NASA gefinancierde missie onder leiding van het Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) aan de CU Boulder.

Gepland voor lancering in 2022, de SPRITE van $ 4 miljoen is de nieuwste in LASP's lijn van kleine ruimtevaartuigen die dat kunnen. Deze "CubeSat" zal iets meer dan een voet lang zijn en ongeveer 40 pond wegen. Het zal ook ongekende gegevens verzamelen van moderne sterren en supernova's om wetenschappers te helpen een tijd in de geschiedenis van de kosmos beter te begrijpen, het "Epoch of Reionization" genoemd - een periode waarin de eerste sterren van het universum snel en hard leefden, uitbranden en supernova gaan in een tijdsbestek van slechts een paar miljoen jaar.

"We proberen vast te stellen hoe het universum eruit zag toen het voor het eerst werd gevormd en hoe het evolueerde tot waar het nu is, " zei Brian Fleming, een onderzoeksprofessor bij LASP die de SPRITE-missie leidt.

Het team hoopt ook dat SPRITE zal laten zien hoeveel CubeSats kan bereiken. Daten, de meeste van deze miniatuurruimtevaartuigen hebben zich gericht op het bestuderen van fenomenen die dichter bij huis zijn, zoals het weer op aarde of fakkels die uitbarsten vanaf het oppervlak van de zon.

"Er is een perceptie dat om nieuwe astrofysica te doen, je veel licht moet verzamelen, dus je hebt iets groots nodig, zei Vlaming, ook van de afdeling Astrofysische en Planetaire Wetenschappen. "SPRITE probeert iets anders te doen. Er is veel wetenschap dat je kunt doen door je ontwerp te optimaliseren en nieuwe technologieën te gebruiken."

Duidelijk gaan

SPRITE, met andere woorden, verpakt veel ambitie in een klein pakket.

Fleming legde uit dat vóór het tijdperk van de reïonisatie, het universum was helemaal niet zoals het nu is. De eerste sterren en sterrenstelsels van de kosmos begonnen zich net te vormen, maar hun licht kon zich niet ver in de ruimte verspreiden zoals nu het geval is - de enorme afstanden tussen sterrenstelsels waren gevuld met neutraal gas dat het heelal effectief benevelde.

Vervolgens, iets meer dan 13 miljard jaar geleden, dat begon te veranderen:straling van deze jonge sterren begon uit hun melkwegstelsels te lekken en het omringende gas te ioniseren, waardoor elektronen van de waterstofatomen werden afgetrapt en de aard van de materie die het universum doordringt, veranderde.

"We begonnen deze bellen van ionisatie te zien verschijnen, "zei hij. "Geleidelijk aan, de bubbels werden steeds talrijker totdat ze begonnen te fuseren."

Er is slechts één probleem met de theorie:wetenschappers weten nog steeds niet zeker hoe dit licht kon ontsnappen uit de eerste sterrenstelsels van het universum. Eén theorie suggereert dat oude supernova's de wolken van dicht gas rond die vroege sterren uit de weg bliezen, een beetje zoals gigantische bladblazers in de ruimte.

"Supernova's zijn erg storend, "Zei Fleming. "Misschien zijn ze in staat geweest om het neutrale gas uit de weg te ruimen zodat de ioniserende straling uit deze vroege sterrenstelsels kon komen."

Creatief worden

SPRITE zal niet proberen die oude uitbarstingen rechtstreeks te observeren. In plaats daarvan, het gaat twee onderzoeken dichter bij huis doen. Men zal meten hoe nabije sterrenstelsels ioniserende straling uitzenden. De tweede zal kijken naar de overblijfselen van ontplofte sterren in de Magelhaense Wolken, twee dwergstelsels die om onze eigen Melkweg cirkelen.

Het zal niet gemakkelijk zijn. Dat soort straling kan alleen worden bekeken in een smal venster van ultraviolet licht - een venster dat historisch moeilijk te zien was met telescopen. Om die beperking te omzeilen, het SPRITE-team experimenteert met een reeks nieuwe technologieën die nog niet eerder de ruimte in zijn gevlogen. Ze bevatten een speciaal type spiegelcoating die is ontworpen om dat ultraviolette licht in de CubeSat-detectoren te kaatsen.

Het SPRITE-team is bezig met het afronden van de ontwerpen voor het ruimtevaartuig en zal binnenkort beginnen met het bouwen van prototype-onderdelen.

De missie zal ook een leermoment zijn voor beginnende wetenschappers en ingenieurs bij LASP. KubusSats, Vlaming uitgelegd, bieden studenten en jonge wetenschappers en ingenieurs een kans om van begin tot eind aan een ruimtemissie te werken - niet iets dat mogelijk is op veel grotere, complexere projecten.

Dat is een van de redenen waarom Dana Chafetz besloot om aan SPRITE te werken. Ze studeerde in december 2019 af aan de Northeastern University in Boston en trad in april toe tot het laboratorium van Fleming als werktuigbouwkundig ingenieur. Chafetz zei dat dit CubeSat-project haar de kans heeft gegeven om meer eigenaarschap te krijgen over het ontwerpproces en de mogelijkheid om ideeën uit te proberen waar nog niemand eerder aan heeft gedacht.

"Als ik iets nieuws wil doen, zolang we het kunnen testen, we kunnen het, " zei Chafetz. "Het is echt een creatieve omgeving."