Forskare vid CU Boulder utvecklar en satellit ungefär lika stor som en brödrost för att utforska ett av kosmos mest grundläggande mysterier:Hur slog strålning från stjärnor sig ut ur de första galaxerna för att i grunden förändra universums sammansättning som det vet vi idag.

Dessa insikter kommer från Supernova Remnants and Proxies for Reionization Testbed Experiment (SPRITE), ett NASA-finansierat uppdrag som leds av Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) vid CU Boulder.

Planerad att lanseras 2022, $4 miljoner SPRITE är den senaste i LASP:s linje av små rymdfarkoster-som-kunde. Denna "CubeSat" kommer att mäta drygt en fot i längd och kommer att väga cirka 40 pund. Den kommer också att samla in oöverträffad data från moderna stjärnor och supernovor för att hjälpa forskare att bättre förstå en tid i kosmos historia som kallas "Reionization Epoch" - en period då universums första stjärnor levde snabbt och hårt, brinna ut och bli supernova på bara några miljoner år.

"Vi försöker fastställa hur universum var när det först bildades och hur det utvecklades till där det är idag, sa Brian Fleming, en forskningsprofessor vid LASP som leder SPRITE-uppdraget.

Teamet hoppas också att SPRITE ska visa hur mycket CubeSats kan uppnå. Hittills, de flesta av dessa rymdfarkoster i miniatyr har fokuserat på att studera fenomen som ligger närmare hemmet – som vädret på jorden eller flammor som bryter ut från solens yta.

"Det har funnits en uppfattning att för att göra ny astrofysik måste du samla in mycket ljus så att du behöver något stort, sa Fleming, även vid institutionen för astrofysik och planetvetenskap. "SPRITE försöker göra något annorlunda. Det finns mycket vetenskap du kan göra genom att optimera din design och använda ny teknik."

Går klart

SPRITE, med andra ord, packar mycket ambition i ett litet paket.

Fleming förklarade att före återjoniseringens epok, universum var inte något som det är idag. Kosmos första stjärnor och galaxer hade precis börjat bildas, men deras ljus kunde inte spridas långt ut i rymden som det gör idag – de stora avstånden mellan galaxerna var fyllda med neutral gas som effektivt dimmade upp universum.

Sedan, för lite mer än 13 miljarder år sedan, som började förändras:Strålning från dessa unga stjärnor började läcka ut ur deras galaxer och jonisera den omgivande gasen – som sparkade bort elektroner från väteatomerna och förändrade naturen hos den materia som genomsyrar universum.

"Vi började se dessa bubblor av jonisering dyka upp, sa han. Gradvis, bubblorna blev fler och fler tills de började smälta samman."

Det finns bara ett problem med teorin:Forskare är fortfarande inte säkra på hur detta ljus kunde fly från universums första galaxer. En teori tyder på att forntida supernovor blåste molnen av tät gas som omgav dessa tidiga stjärnor ur vägen, lite som gigantiska lövblåsare i rymden.

"Supernovor är väldigt störande, "Sade Fleming. "De kan ha kunnat flytta den neutrala gasen ur vägen så att den joniserande strålningen kunde ta sig ut ur dessa tidiga galaxer."

Blir kreativ

SPRITE kommer inte att försöka observera de gamla utbrotten direkt. Istället, det kommer att genomföra två undersökningar närmare hemmet. Man ska mäta hur närliggande galaxer sänder ut joniserande strålning. Den andra kommer att titta på resterna av exploderade stjärnor i de magellanska molnen, två dvärggalaxer som kretsar runt vår egen Vintergatan.

Det blir inte lätt. Den typen av strålning kan bara ses i ett smalt fönster av ultraviolett ljus - ett som har varit historiskt svårt att upptäcka med teleskop. För att komma runt den begränsningen, SPRITE-teamet experimenterar med en rad nya teknologier som inte har flugit ut i rymden tidigare. De inkluderar en speciell typ av spegelbeläggning utformad för att studsa det ultravioletta ljuset in i CubeSats detektorer.

SPRITE-teamet håller på att färdigställa designen för rymdfarkosten och kommer snart att börja bygga prototypdelar.

Uppdraget kommer också att vara ett lärotillfälle för blivande forskare och ingenjörer vid LASP. CubeSats, Fleming förklarade, erbjuda studenter och unga vetenskapsmän och ingenjörer en chans att arbeta med ett rymduppdrag från början till slut – inte något som är möjligt på många större, mer komplicerade projekt.

Det är en anledning till att Dana Chafetz bestämde sig för att arbeta på SPRITE. Hon tog examen från Northeastern University i Boston i december 2019 och började på Flemings labb som maskiningenjör i april. Chafetz sa att detta CubeSat-projekt har gett henne chansen att få mer ägande över designprocessen och möjligheten att prova idéer som ingen har tänkt på tidigare.

"Om jag vill göra något nytt, så länge vi kan testa det, vi kan göra det, " sade Chafetz. "Det är en riktigt kreativ miljö."