Astronoom Carl Sagan verwoordde het het beste:"We zijn gemaakt van sterrenstof." De atomen waaruit de chemicaliën van ons lichaam bestaan, zijn niet op aarde ontstaan; ze kwamen uit de verre ruimte. De oerknal creëerde waterstof, helium en een klein beetje lithium, maar zwaardere atomen - die essentieel zijn voor het leven - kwamen van processen die verband houden met sterren.

Wetenschappers kunnen nu dieper graven. Welke soorten stellaire processen produceren welke elementen? En om welke soorten sterren gaat het?

Een nieuw experiment genaamd TIGERISS, bedoeld voor het internationale ruimtestation, heeft tot doel erachter te komen. TIGERISS is gekozen als de nieuwste NASA Astrophysics Pioneers-missie.

Pioniers zijn kleinschalige astrofysische missies die innovatief onderzoek naar kosmische fenomenen mogelijk maken. Ze kunnen experimenten omvatten die zijn ontworpen om op kleine satellieten te vliegen, wetenschappelijke ballonnen, het ruimtestation en nuttige ladingen die in een baan om de maan of op de maan kunnen landen.

Eerder dit jaar kregen de vier eerdere Pioneers-missieconcepten, gekozen in januari 2021, groen licht om verder te gaan met de bouw en zijn goedgekeurd om later dit decennium te vliegen.

"De Pioneer-missies zijn een onschatbare kans voor wetenschappers in het begin tot het midden van hun carrière om boeiend astrofysica-onderzoek uit te voeren, terwijl ze echte ervaring opdoen met het bouwen van op de ruimte gebaseerde instrumentatie", zegt Mark Clampin, directeur van de astrofysica-afdeling van het NASA-hoofdkwartier in Washington. "Met TIGERISS breiden de Pioneers hun bereik uit naar het ruimtestation, dat een uniek platform biedt om het universum te verkennen."

Oog van de TIJGER

TIGERISS hoofdonderzoeker Brian Rauch, universitair hoofddocent natuurkunde aan de Washington University in St. Louis, werkt al sinds hij daar een student was aan vragen over elementaire oorsprong en hoogenergetische deeltjes. Bijna drie jaar op de universiteit werkte Rauch aan een deeltjesdetector genaamd Trans-Iron Galactic Element Recorder of TIGER. Het experiment had zijn eerste vlucht op een ballon in 1995; langdurige ballonvluchten lanceerden ook een versie van TIGER van Antarctica in 2001 tot 2002 en 2003 tot 2004.

Naarmate Rauch vorderde in zijn onderzoekscarrière, hielp hij TIGER evolueren naar de meer geavanceerde SuperTIGER. Op 8 december 2012 lanceerde SuperTIGER vanaf Antarctica zijn eerste vlucht, kruisend op een gemiddelde hoogte van 125.000 voet en een nieuw record voor de langste wetenschappelijke ballonvlucht:55 dagen. SuperTIGER vloog ook 32 dagen van december 2019 tot januari 2020. Het experiment mat de overvloed aan elementen op het periodiek systeem tot aan barium, atoomnummer 56.

Op het internationale ruimtestation zal de TIGER-instrumentenfamilie naar nieuwe hoogten stijgen. Zonder de interferentie van de atmosfeer van de aarde zal het TIGERISS-experiment metingen met een hogere resolutie uitvoeren en zware deeltjes oppikken die niet mogelijk zouden zijn met een wetenschappelijke ballon. Een zitstok op het ruimtestation zal ook een groter fysiek experiment mogelijk maken - 1 meter aan een kant - dan op een kleine satelliet zou passen, waardoor de potentiële grootte van de detector toeneemt. En het experiment zou meer dan een jaar kunnen duren, vergeleken met minder dan twee maanden op een ballonvlucht. Onderzoekers zijn van plan om individuele elementen zo zwaar als lood, atoomnummer 82, te kunnen meten.

Sterren dingen

Alle sterren bestaan ​​in een delicaat evenwicht - ze moeten genoeg energie uitstoten om hun eigen zwaartekracht tegen te gaan. Die energie komt van het samensmelten van elementen om zwaardere te maken, waaronder koolstof, stikstof en zuurstof, die belangrijk zijn voor het leven zoals we dat kennen. Maar zodra een gigantische ster ijzeratomen probeert samen te smelten, genereert de reactie niet genoeg kracht om de zwaartekracht te bestrijden en stort de kern van de ster in.

Dit veroorzaakt een explosie die bekend staat als een supernova, waarbij schokgolven al die zware elementen uitstoten die in de kern van de ster waren gemaakt. De explosie zelf creëert ook zware elementen en versnelt ze tot bijna de lichtsnelheid - deeltjes die wetenschappers 'kosmische straling' noemen.

Maar dat is niet de enige manier waarop zware atomen kunnen worden gevormd. Wanneer een superdicht overblijfsel van een supernova, een neutronenster genaamd, botst met een andere neutronenster, creëert hun catastrofale samensmelting ook zware elementen.

TIGERISS zal niet in staat zijn om specifieke supernova's of neutronensterbotsingen aan te wijzen, maar "zou context toevoegen over hoe deze snel bewegende elementen worden versneld en door de melkweg reizen", zei Rauch.

Dus hoeveel bijdragen supernova's en neutronensterren aan het maken van zware elementen? "Dat is de meest interessante vraag die we kunnen beantwoorden," zei Rauch.

"TIGERISS-metingen zijn essentieel om te begrijpen hoe onze melkweg materie creëert en verdeelt", zegt John Krizmanic, plaatsvervangend hoofdonderzoeker van TIGERISS in het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland.

TIGERISS zal ook informatie verstrekken over de algemene overvloed aan kosmische straling, die een gevaar vormt voor astronauten. + Verder verkennen

Kosmische stralingstelescoop wordt gelanceerd vanaf Antarctica