Astronomen Carl Sagan uttryckte det bäst:"Vi är gjorda av stjärnprylar." Atomerna som utgör kemikalierna i våra kroppar har inte sitt ursprung på jorden; de kom från rymden. Big bang skapade väte, helium och lite litium, men tyngre atomer – de som är nödvändiga för livet – kom från processer relaterade till stjärnor.

Forskare kan nu undersöka djupare. Vilka typer av stjärnprocesser producerar vilka grundämnen? Och vilka typer av stjärnor är inblandade?

Ett nytt experiment kallat TIGERISS, tänkt för den internationella rymdstationen, syftar till att ta reda på det. TIGERISS har valts ut som det senaste NASA Astrophysics Pioneers-uppdraget.

Pionjärer är småskaliga astrofysikuppdrag som möjliggör innovativa undersökningar av kosmiska fenomen. De kan inkludera experiment utformade för att flyga på små satelliter, vetenskapliga ballonger, rymdstationen och nyttolaster som kan kretsa eller landa på månen.

Tidigare i år fick de fyra tidigare Pioneers uppdragskoncepten, som valdes i januari 2021, grönt ljus för att gå vidare med konstruktionen och har godkänts för att flyga senare detta decennium.

"Pionjäruppdragen är en ovärderlig möjlighet för forskare från början till mitten av karriären att genomföra övertygande astrofysiska undersökningar, samtidigt som de skaffar verklig erfarenhet av att bygga rymdbaserad instrumentering", säger Mark Clampin, chef för astrofysikavdelningen vid NASA:s högkvarter i Washington. "Med TIGERISS utökar pionjärerna sin räckvidd till rymdstationen, som erbjuder en unik plattform för att utforska universum."

Tigerns öga

TIGERISS huvudforskare Brian Rauch, forskningsdocent i fysik vid Washington University i St. Louis, har arbetat med frågor om elementärt ursprung och högenergipartiklar sedan han studerade där. I nästan tre år på college arbetade Rauch på en partikeldetektor som heter Trans-Iron Galactic Element Recorder, eller TIGER. Experimentet hade sin första flygning på en ballong 1995; Långvariga ballongflygningar lanserade också en version av TIGER från Antarktis 2001 till 2002 och 2003 till 2004.

Allt eftersom Rauch gick framåt i sin forskarkarriär hjälpte han TIGER att utvecklas till den mer sofistikerade SuperTIGER. Den 8 december 2012 lanserades SuperTIGER från Antarktis på sin första flygning, kryssade på en genomsnittlig höjd av 125 000 fot och satte ett nytt rekord för längsta vetenskapliga ballongflygning – 55 dagar. SuperTIGER flög också i 32 dagar från december 2019 till januari 2020. Experimentet mätte mängden grundämnen i det periodiska systemet upp till barium, atomnummer 56.

På den internationella rymdstationen kommer instrumentfamiljen TIGER att sväva till nya höjder. Utan störningar från jordens atmosfär kommer TIGERISS-experimentet att göra mätningar med högre upplösning och plocka upp tunga partiklar som inte skulle vara möjligt från en vetenskaplig ballong. En sittpinne på rymdstationen kommer också att möjliggöra ett större fysiskt experiment – ​​3,2 fot (1 meter) på en sida – än vad som kan passa på en liten satellit, vilket ökar detektorns potentiella storlek. Och experimentet kunde pågå mer än ett år, jämfört med mindre än två månader på en ballongflygning. Forskare planerar att kunna mäta enskilda grundämnen lika tunga som bly, atomnummer 82.

Stjärna grejer

Alla stjärnor existerar i en känslig balans – de behöver lägga ut tillräckligt med energi för att motverka sin egen gravitation. Den energin kommer från att smälta samman element för att göra tyngre, inklusive kol, kväve och syre, som är viktiga för livet som vi känner det. Men när en gigantisk stjärna väl försöker smälta samman järnatomer genererar reaktionen inte tillräckligt med kraft för att bekämpa gravitationen, och stjärnans kärna kollapsar.

Detta utlöser en explosion känd som en supernova, där chockvågor kastar ut alla dessa tunga grundämnen som hade skapats i stjärnans kärna. Explosionen i sig skapar också tunga element och accelererar dem till nästan ljusets hastighet – partiklar som forskare kallar "kosmiska strålar."

Men det är inte det enda sättet tunga atomer kan bildas. När en supertät rest av en supernova kallad neutronstjärna kolliderar med en annan neutronstjärna, skapar deras katastrofala sammanslagning också tunga grundämnen.

TIGERISS kommer inte att kunna peka ut särskilda supernovor eller kollisioner med neutronstjärnor, men "skulle lägga till sammanhang för hur dessa snabbt rörliga element accelereras och färdas genom galaxen," sa Rauch.

Så hur mycket bidrar sammanslagningar av supernovor och neutronstjärnor till att göra tunga grundämnen? "Det är den mest intressanta frågan vi kan hoppas på att ta itu med," sa Rauch.

"TIGERISS-mätningar är nyckeln till att förstå hur vår galax skapar och distribuerar materia", säger John Krizmanic, TIGERISSs biträdande huvudutredare baserad på NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

TIGERISS kommer också att bidra med information om det allmänna överflödet av kosmiska strålar, som utgör en fara för astronauter. + Utforska vidare

Kosmiskt strålteleskop lanseras från Antarktis