Den 14 augusti, 2017, en banbrytande kosmisk strålningsdetektor från University of Maryland kommer att resa till International Space Station (ISS) ombord på SpaceX-12 Commercial Resupply Service-uppdraget. Instrumentet, heter ISS Cosmic Ray Energetics and Mass (ISS-CREAM), är ungefär lika stor som ett kylskåp och kommer att förbli installerat på ISS:s japanska experimentmodul i minst tre år. De enorma mängder data ISS-CREAM kommer att samla in kan avslöja nya detaljer om kosmiska strålars ursprung och mångfald.

Kosmiska strålar är inte strålar alls, men mycket energiska partiklar som zoomar genom rymden med nästan ljusets hastighet. Partiklarna varierar i storlek, från subatomära protoner till atomkärnorna i element som kol och bor. Forskare misstänker att partiklarna är bitar av subatomära splitter som produceras av supernovor, men kan också vara signaturer av andra katastrofala fenomen.

Oavsett deras ursprung, "kosmiska strålar är direkta prover av materia utanför vårt solsystem - möjligen från de mest avlägsna delarna av universum, "sa Eun-Suk Seo, en professor i fysik vid UMD och ledande utredare för ISS-CREAM. Seo leder UMD:s Cosmic Ray Physics Group och har ett gemensamt möte i UMD Institute for Physical Science and Technology.

ISS-CREAM bygger på mer än ett decennium av arbete från Seos forskargrupp, som inkluderar sju Long-Duration Balloon (LDB) -uppdrag i Antarktis för att studera kosmiska strålar. Var och en av dessa LDB -uppdrag underlättades av NASA med ytterligare stöd från National Science Foundation.

Den första, känd som Cosmic Ray Energetics och Mass I (CREAM I), lanserades i december 2004. CREAM I bar instrument för att mäta energin, avgift, massa och riktning för inkommande kosmiska strålpartiklar. Följande fem uppdrag, heter också CREAM och numrerad II-VI, bar samma grundläggande uppsättning instrument. Det sjunde och senaste uppdraget fick ett annat namn:Bor- och kolkosmiska strålar i Upper Stratosphere (BACCUS). Flyget satte rekord för den tidigaste säsongslanseringen i historien om NASA:s LDB -program den 28 november, 2016, och avslutades 30 dagar senare.

ISS-CREAM kommer att bära en uppsättning instrument som liknar dess ballongburna kusiner. Men till skillnad från ballongförsöken, ISS-CREAM:s detektorer kommer att ha direkt, obehindrad tillgång till inkommande kosmiska strålar - utan atmosfärisk störning. Tillbaka på jorden, Seos team kommer att övervaka verksamheten dygnet runt, ta skift för att säkerställa att instrumenten är korrekt kalibrerade och samlar in maximal mängd data.

När en kosmisk strålepartikel når jordens atmosfär, den kolliderar snart med en annan partikel - troligen en atom av kväve eller syre. Detta utlöser en kaskad av sekundära partiklar som bär mindre energi än den ursprungliga partikeln. Atmosfären fungerar som ett skyddande filter, sakta ner farliga kosmiska strålar innan de har en chans att skada liv och egendom här på jordens yta.

Detta innebär också att jordbundna kosmiska stråldetektorer endast kan se sekundära partiklar. Genom att kretsa över atmosfären, ISS-CREAM tar itu med denna utmaning och erbjuder flera andra fördelar jämfört med ballongförsök.

"För att se primära partiklar måste vi flyga ett instrument i rymden. Detta tar bort atmosfärisk bakgrund, "Seo förklarade." Tidigare experiment var också begränsade till lägre energier på grund av nyttolastens storlek och flygtid. ISS-CREAM kommer att utvidga våra mätningar till de högsta möjliga energierna och låta oss öka vår exponering med en storleksordning. "

ISS-CREAM måste också klara hårda förhållanden långt utöver dem som upplevs under ett ballonguppdrag.

"ISS-CREAM måste överleva en våldsam raketuppskjutning. En ballonguppskjutning är mycket skonsam i jämförelse, "Seo sa." ISS-CREAM måste också fortsätta arbeta utan reparationer i flera år, medan ett ballonginstrument bara behöver räcka en månad eller två. Och alla rymdbaserade experiment måste skyddas från strålning, vilket gör allt dyrare och designprocesserna mer krävande. "

Kosmiska strålpartiklar kan hjälpa till att lösa ett av dagens mest svårfångade vetenskapliga pussel:att bestämma karaktären av mörk materia. Enligt Seo, teorin tyder på att partiklar av mörk materia kan kollidera och förinta varandra, resulterar i energiska partiklar av konventionellt material som vi känner igen som kosmiska strålar. Om denna teori är korrekt, att studera kosmiska strålar kan resultera i lovande leder i sökandet efter mörk materia.

"De kosmiska strålarnas mystiska natur tjänar som en påminnelse om hur lite vi vet om vårt universum. Upptäckten av kosmiska strålar födde partikelfysikens område i början av 1900-talet. Men ingen konstgjord partikelaccelerator kan nå energinivåer vi ser i kosmiska strålar, "Tillade Seo." Vårt team har väntat med spänning på den här lanseringen i åratal. Detta är en mycket spännande tid för oss såväl som för andra inom astrofysik med hög energi. "