Ett nytt experiment för en lansering den 14 augusti till den internationella rymdstationen kommer att ge en oöverträffad titt på ett regn av partiklar från djupt rymd, kallas kosmiska strålar, som ständigt duschar vår planet. Cosmic Ray Energetics And Mass-uppdraget som är avsett för den internationella rymdstationen (ISS-CREAM) är utformat för att mäta de högsta energipartiklarna i alla detektorer som ännu har flugit i rymden.

CREAM utvecklades ursprungligen som en del av NASA:s ballongprogram, under vilken den returnerade mätningar från cirka 120, 000 fot på sju flygningar mellan 2004 och 2016.

"CREAM -ballongsexperimentet uppnådde en total himmelsexponering på 191 dagar, ett rekord för alla ballongburna astronomiska experiment, "sa Eun-Suk Seo, en professor i fysik vid University of Maryland i College Park och experimentets huvudutredare. "Att arbeta på rymdstationen kommer att öka vår exponering med över 10 gånger, tar oss långt bortom de traditionella energigränserna för direkta mätningar. "

Sportiga nya instrument, liksom renoverade versioner av detektorer som ursprungligen användes vid ballongflyg över Antarktis, storleken på kylskåpet, 1,4 ton (1, 300 kilogram) ISS-CREAM-experiment kommer att levereras till rymdstationen som en del av det 12:e SpaceX-kommersiella återförsörjningsuppdraget. Väl där, ISS-CREAM flyttas till Exposed Facility-plattformen som sträcker sig från Kibo, den japanska experimentmodulen.

Från denna orbital abborre, ISS-CREAM förväntas studera det "kosmiska regnet" i tre år-tid som krävs för att ge oöverträffade direktmätningar av sällsynta högenergiska kosmiska strålar.

Vid energier över cirka 1 miljard elektronvolter, de flesta kosmiska strålar kommer till oss från bortom vårt solsystem. Olika bevislinjer, inklusive observationer från NASA:s rymdteleskop Fermi Gamma-ray, stödja tanken att chockvågor från det expanderande skräpet av stjärnor som exploderade när supernovor accelererar kosmiska strålar upp till energier på 1, 000 biljoner elektronvolter (PeV). Det är 10 miljoner gånger energin från medicinska protonstrålar som används för att behandla cancer. ISS-CREAM-data gör det möjligt för forskare att undersöka hur andra källor än supernovarester bidrar till befolkningen av kosmiska strålar.

Protoner är de vanligaste kosmiska strålpartiklarna, men elektroner, heliumkärnor och kärnorna i tyngre grundämnen utgör en liten andel. Alla är direkta prover av materia från interstellära rymden. Men eftersom partiklarna är elektriskt laddade, de interagerar med galaktiska magnetfält, får dem att vandra på sin resa till jorden. Detta förvirrar deras vägar och gör det omöjligt att spåra kosmiska strålpartiklar tillbaka till sina källor.

"En ytterligare utmaning är att flödet av partiklar som träffar någon detektor minskar stadigt med högre energier, "sa ISS-CREAM-medforskaren Jason Link, en forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Så för att bättre utforska högre energier, vi behöver antingen en mycket större detektor eller mycket mer observationstid. Att arbeta på rymdstationen ger oss denna extra tid. "

Stora markbaserade system studerar kosmiska strålar vid energier större än 1 PeV genom att göra jordens atmosfär till detektorn. När en kosmisk stråle träffar kärnan i en gasmolekyl i atmosfären, båda exploderar i en dusch av subatomära splitter som utlöser en bredare kaskad av partikelkollisioner. Några av dessa sekundära partiklar når detektorer på marken, tillhandahålla information som forskare kan använda för att utläsa egenskaperna hos den ursprungliga kosmiska strålen.

Dessa sekundärer producerar också en störande bakgrund som begränsade effektiviteten hos CREAMs ballongverksamhet. Att ta bort den bakgrunden är en annan fördel med att flytta till omloppsbana.

Med minskande antal partiklar vid ökande energier, det kosmiska strålspektrumet liknar vagt profilen för ett mänskligt ben. Vid PeV -energier, denna nedgång brantar plötsligt, bildar en detalj forskare kallar "knäet". ISS-CREAM är det första rymduppdraget som kan mäta det låga flödet av kosmiska strålar vid energier som närmar sig knäet.

"Knäets ursprung och andra särdrag förblir mångåriga mysterier, "Seo sa." Många scenarier har föreslagits för att förklara dem, men vi vet inte vilket som är rätt. "

Astronomer tror inte att supernovarester kan driva kosmiska strålar utanför PeV -området, så att knäet delvis kan formas av avlägsnandet av deras kosmiska strålar i denna region.

"Kosmiska strålar med hög energi bär mycket information om vårt interstellära grannskap och vår galax, men vi har inte kunnat läsa dessa meddelanden så tydligt, "sa medutredaren John Mitchell på Goddard." ISS-CREAM representerar ett viktigt steg i denna riktning. "

ISS-CREAM detekterar kosmiska strålpartiklar när de smäller in i ämnet som utgör dess instrument. Först, en kiselladdningsdetektor mäter elektrisk laddning av inkommande partiklar, då ger lager av kol mål som uppmuntrar till effekter, producerar kaskader av partiklar som strömmar in i elektriska och optiska detektorer nedanför medan en kalorimeter bestämmer deras energi. Två scintillatorbaserade detektorsystem ger möjlighet att urskilja enskilt laddade elektroner och protoner. Allt sagt, ISS-CREAM kan skilja elektroner, protoner och atomkärnor lika massiva som järn när de kraschar genom instrumenten.

ISS-CREAM kommer att ansluta sig till två andra kosmiska strålexperiment som redan arbetar på rymdstationen. Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), ledd av ett internationellt samarbete sponsrat av U.S. Department of Energy, kartlägger kosmiska strålar upp till en biljon elektronvolt, och det japanledda kalorimetriska elektronteleskopet (CALET), också belägen på Kibo Exposed Facility, är tillägnad att studera kosmiska strålelektroner.

Övergripande hantering av ISS-CREAM och integration för rymdstationsapplikationen tillhandahålls av NASA:s Wallops Flight Facility på Virginia Eastern Shore. ISS-CREAM utvecklades som en del av ett internationellt samarbete som leds av University of Maryland at College Park, som inkluderar lag från NASA Goddard, Penn State University i University Park, Pennsylvania, och Northern Kentucky University i Highland Heights, samt samarbetsinstitutioner i Republiken Korea, Mexiko och Frankrike.