Una tecnologia di rilevamento compatta applicabile a tutti i tipi di indagini scientifiche interdisciplinari ha trovato casa in una nuova missione CubeSat progettata per trovare le controparti elettromagnetiche degli eventi che generano onde gravitazionali.

La scienziata della NASA Georgia de Nolfo e il suo collaboratore, astrofisico Jeremy Perkins, ha recentemente ricevuto finanziamenti dall'Astrophysics Research and Analysis Program dell'agenzia per sviluppare una missione CubeSat chiamata BurstCube. Questa missione, che trasporterà la tecnologia dei sensori compatti sviluppata da de Nolfo, rileverà e localizzerà i lampi di raggi gamma causati dal collasso di stelle massicce e dalla fusione di stelle di neutroni orbitanti. Rileverà anche i brillamenti solari e altri transitori ad alta energia una volta dispiegato nell'orbita terrestre bassa nei primi anni 2020.

Le morti catastrofiche di stelle massicce e le fusioni di stelle di neutroni sono di particolare interesse per gli scienziati perché producono onde gravitazionali, letteralmente, increspature nel tessuto dello spazio-tempo che si irradiano in tutte le direzioni, molto simile a quello che succede quando un sasso viene lanciato in uno stagno.

Dal momento che l'Osservatorio delle onde gravitazionali dell'interferometro laser, o LIGO, confermato la loro esistenza un paio di anni fa, LIGO e i rilevatori europei Virgo hanno rilevato altri eventi, inclusa la prima rilevazione di onde gravitazionali dalla fusione di due stelle di neutroni annunciata nell'ottobre 2017.

Meno di due secondi dopo che LIGO ha rilevato le onde che bagnano lo spazio-tempo della Terra, Il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA ha rilevato un debole scoppio di luce ad alta energia, il primo lampo ad essere collegato inequivocabilmente a una sorgente di onde gravitazionali.

Questi rilevamenti hanno aperto una nuova finestra sull'universo, dando agli scienziati una visione più completa di questi eventi che integra le conoscenze ottenute attraverso le tradizionali tecniche di osservazione, che si basano sulla rilevazione della radiazione elettromagnetica, la luce, in tutte le sue forme.

Capacità complementare

Perkins e de Nolfo, entrambi scienziati del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, vedi BurstCube come un compagno di Fermi in questa ricerca di sorgenti di onde gravitazionali. Sebbene non sia capace come il molto più grande Gamma-ray Burst Monitor, o GBM, su Fermi, BurstCube aumenterà la copertura del cielo. Fermi-GBM osserva l'intero cielo non bloccato dalla Terra. "Ma cosa succede se si verifica un evento e Fermi è dall'altra parte della Terra, che ne blocca la vista, — disse Perkins. — Fermi non vedrà lo scoppio.

BurstCube, che dovrebbe essere lanciato nel momento in cui altri osservatori terrestri di tipo LIGO inizieranno le operazioni, aiuterà a rilevare questi fugaci, fotoni ad alta energia difficili da catturare e aiutano a determinare dove hanno avuto origine. Oltre a segnalare rapidamente le loro posizioni a terra in modo che altri telescopi possano trovare l'evento in altre lunghezze d'onda e raggiungere la galassia ospite, L'altro lavoro di BurstCube è studiare le fonti stesse.

Tecnologia miniaturizzata

BurstCube utilizzerà la stessa tecnologia di rilevamento del GBM di Fermi; però, con importanti differenze.

Sotto il concetto de Nolfo ha avanzato attraverso il finanziamento del programma di ricerca e sviluppo interno di Goddard, il team posizionerà quattro blocchi di cristalli di ioduro di cesio, operando come scintillatori, in diversi orientamenti all'interno del veicolo spaziale. Quando un raggio gamma in arrivo colpisce uno dei cristalli, assorbirà l'energia e risplenderà, convertire quell'energia in luce ottica.

Dietro i quattro cristalli si trovano quattro matrici di fotomoltiplicatori al silicio e i relativi dispositivi di lettura. I fotomoltiplicatori convertono la luce in un impulso elettrico e quindi amplificano questo segnale creando una valanga di elettroni. Questo effetto moltiplicatore rende il rivelatore molto più sensibile a questi raggi gamma deboli e fugaci.

A differenza dei fotomoltiplicatori del GBM di Fermi, che sono ingombranti e assomigliano a tubi televisivi vecchio stile, i dispositivi di de Nolfo sono fatti di silicio, un materiale semiconduttore. "Rispetto ai tubi fotomoltiplicatori più convenzionali, i fotomoltiplicatori al silicio riducono significativamente la massa, volume, potenza e costo, " Ha detto Perkins. "La combinazione dei cristalli e dei nuovi dispositivi di lettura consente di considerare un compatto, strumento a bassa potenza facilmente installabile su una piattaforma CubeSat."

In un altro successo per la tecnologia Goddard, il team BurstCube ha anche definito il bus Dellingr 6U CubeSat sviluppato da un piccolo team di scienziati e ingegneri del centro per dimostrare che le piattaforme CubeSat potrebbero essere più affidabili e in grado di raccogliere dati scientifici altamente affidabili.

"Questa è una tecnologia molto richiesta, " ha detto de Nolfo. "Ci sono applicazioni ovunque".