Astronomer kommer hela tiden till kort när de undersöker "normal" materia, materialet som utgör galaxer, stjärnor och planeter. Ett nytt NASA-sponsrat CubeSat-uppdrag som heter HaloSat, utplacerade från den internationella rymdstationen den 13 juli, kommer att hjälpa forskare att söka efter universums saknade materia genom att studera röntgenstrålar från het gas som omger vår galax Vintergatan.

Den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB) är det äldsta ljuset i universum, strålning från när det var 400, 000 år gammal. Beräkningar baserade på CMB-observationer indikerar att universum innehåller:5 procent normal materia protoner, neutroner och andra subatomära partiklar; 25 procent mörk materia, ett ämne som förblir okänt; och 70 procent mörk energi, ett negativt tryck som accelererar universums expansion.

När universum expanderade och svalnade, normal materia smälter samman till gas, damm, planeter, stjärnor och galaxer. Men när astronomer räknar de uppskattade massorna av dessa föremål, de står bara för ungefär hälften av vad kosmologer säger borde vara närvarande.

"Vi borde ha all materia idag som vi hade när universum var 400, 000 år gammal, sa Philip Kaaret, HaloSats huvudutredare vid University of Iowa (UI), som leder uppdraget. "Var tog det vägen? Svaret på den frågan kan hjälpa oss att lära oss hur vi kom från CMB:s enhetliga tillstånd till de storskaliga strukturer vi ser idag."

Forskare tror att det saknade materialet kan finnas i het gas som finns antingen i utrymmet mellan galaxer eller i galaktiska halos, utökade komponenter som omger enskilda galaxer.

HaloSat kommer att studera gas i Vintergatans halo som går omkring 2 miljoner grader Celsius (3,6 miljoner grader Fahrenheit). Vid så höga temperaturer, syre släpper de flesta av sina åtta elektroner och producerar de röntgenstrålar som HaloSat kommer att mäta.

Andra röntgenteleskop, som NASA:s neutronstjärna Interior Composition Explorer och Chandra X-ray Observatory, studera enskilda källor genom att titta på små fläckar på himlen. HaloSat kommer att titta på hela himlen, 100 kvadratgrader åt gången, vilket kommer att hjälpa till att avgöra om den diffusa galaktiska halo är formad mer som ett stekt ägg eller en sfär.

"Om du tänker på den galaktiska gloria i stekt ägg-modellen, den kommer att ha en annan fördelning av ljusstyrkan när du tittar rakt upp ur den från jorden än när du tittar i bredare vinklar, " sa Keith Jahoda, en HaloSat medutredare och astrofysiker vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Om det är i någon kvasi-sfärisk form, jämfört med galaxens dimensioner, då förväntar du dig att det ska vara nästan samma ljusstyrka i alla riktningar."

Halons form avgör dess massa, som kommer att hjälpa forskare att förstå om universums saknade materia finns i galaktiska glorier eller någon annanstans.

HaloSat kommer att vara det första astrofysikuppdraget som minimerar effekterna av röntgenstrålar som produceras av solvindladdningsutbyte. Detta utsläpp sker när solvinden, ett utflöde av högt laddade partiklar från solen, interagerar med oladdade atomer som de i jordens atmosfär. Solvindspartiklarna tar tag i elektroner från de oladdade atomerna och sänder ut röntgenstrålar. Dessa utsläpp uppvisar ett spektrum som liknar det som forskare förväntar sig att se från den galaktiska halo.

"Varje observation vi gör har detta solvindutsläpp i sig till viss del, men det varierar med tid och solvindförhållanden, sa Kip Kuntz, en HaloSat medutredare vid Johns Hopkins University i Baltimore. "Variationerna är så svåra att beräkna att många bara nämner det och sedan ignorerar det i sina observationer."

För att minimera dessa solvindsröntgenstrålar, HaloSat kommer att samla in det mesta av sin data under 45 minuter på natthalvan av sin 90 minuters bana runt jorden. På dagtid, satelliten kommer att ladda med sina solpaneler och överföra data till NASA:s Wallops Flight Facility i Virginia, som vidarebefordrar data till uppdragets kontrollcenter vid Blue Canyon Technologies i Boulder, Colorado.

"HaloSat har varit en underbar möjlighet att få tag på ett instrument, arbeta på krångligheterna i något som ska ut i rymden, och planera för alla problem som följer med det, vilket är väldigt roligt, sa Daniel LaRocca, en UI-student i uppdragsgruppen.

HaloSat mäter 4 x 8 x 12 tum (cirka 10 x 20 x 30 centimeter) och väger cirka 12 kg. Det är det första vetenskapsfokuserade astrofysiska CubeSat-uppdraget, men en CubeSat kallad Arcsecond Space Telescope Enabling Research in Astrophysics (ASTERIA), ledd av NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, lanserades 2017 för att demonstrera astrofysikteknologi. CubeSat-uppdrag tar vanligtvis cirka tre år att utvecklas genom lansering och början av datainsamling, den optimala tiden för studenter eller doktorander att vara involverade från början till slut.

"HaloSat har definitivt format hur jag ser på min framtid, sa Hannah Gulick, en UI-student som arbetar med uppdraget. "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.