Il telescopio sperimentale a palloncino gemello per interferometro a infrarossi (BETTII) che sale nell'atmosfera superiore. L'esperimento è stato gravemente danneggiato il 9 giugno quando il carico utile si staccò dal suo paracadute e cadde. Credito:Goddard Space Flight Center della NASA Conceptual Image Lab/Michael Lentz
Per decenni, La NASA ha rilasciato enormi palloni scientifici nell'atmosfera terrestre, miglia sopra l'altitudine dei voli commerciali. Il programma Balloon sta attualmente preparando nuove missioni con strumenti sensibili, tra cui uno progettato per indagare sulla nascita del nostro universo e un altro con origini mongolfiere che volerà sulla Stazione Spaziale Internazionale.
Primordial Inflation Polarization Explorer (PIPER) della NASA, che lancerà una serie di voli di prova nei prossimi anni, potrebbe confermare la teoria secondo cui il nostro universo nascente si è espanso di un trilione di trilioni (1024) di volte immediatamente dopo il big bang. Questa rapida inflazione avrebbe scosso il tessuto dello spazio-tempo, generando increspature chiamate onde gravitazionali. Queste onde, a sua volta, avrebbe dovuto produrre distorsioni rilevabili nel fondo cosmico a microonde (CMB), la prima luce nell'universo si è allungata in microonde oggi per espansione cosmica. I modelli appariranno nelle misurazioni di come è organizzata la luce CMB, una proprietà chiamata polarizzazione. Alla scoperta della torsione, I modelli di polarizzazione a forma di girandola nel CMB dimostreranno che si è verificata l'inflazione e riporteranno gli astrofisici sull'orlo del big bang.
Mentre le teorie di Albert Einstein descrivono accuratamente la gravità nel cosmo dilatato di oggi, queste leggi fisiche su larga scala non si applicavano quando il nostro universo aveva ancora le dimensioni di un atomo di idrogeno. Per conciliare questa disparità, PIPER mapperà l'intero cielo a quattro frequenze diverse, differenziando tra modelli di torsione nel CMB (che indicano onde gravitazionali primordiali) e diversi segnali di polarizzazione dovuti alla polvere interstellare. Per mantenere la sensibilità, il telescopio volerà immerso in un secchio di elio liquido delle dimensioni di una vasca idromassaggio ma molto più fresco:quasi 457 gradi sotto zero Fahrenheit (meno 272 gradi Celsius) e vicino allo zero assoluto, la temperatura più fredda possibile.
La missione PIPER è stata progettata, costruito e testato presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, in collaborazione con la Johns Hopkins University di Baltimora, l'Università della Columbia Britannica, Canada, il National Institute of Standards and Technology di Boulder, Colorado, e l'Università di Cardiff in Galles.
"Speriamo di ottenere informazioni sul nostro universo primordiale mentre si è espanso da dimensioni subatomiche a dimensioni più grandi di un pianeta in meno di un secondo, " disse Al Kogut di Goddard, Investigatore principale di PIPER. "Comprendere l'inflazione aumenta anche la nostra conoscenza della fisica delle particelle ad alta energia, dove le forze della natura agiscono indistintamente l'una dall'altra."
Mentre PIPER si prepara ad osservare a circa 20 miglia sopra la Terra, l'ultima iterazione dell'esperimento Cosmic Ray Energetics and Mass (CREAM) dovrebbe essere lanciata sulla stazione spaziale ad agosto. Sebbene CREAM fosse trasportato in mongolfiera durante le sue sei missioni precedenti, l'attuale carico utile porterà la tecnologia oltre l'atmosfera terrestre e nello spazio. CREAM campionirà direttamente la materia in rapido movimento dall'esterno del sistema solare, chiamati raggi cosmici, dal suo nuovo punto di osservazione sul Japanese Experiment Module - Exposed Facility.
Al Kogut, un astrofisico della NASA Goddard, posa con uno dei telescopi a onde millimetriche per la missione del pallone Primordial Inflation Polarization Explorer (PIPER). Credito:Goddard Space Flight Center della NASA/Bill Hrybyk
I raggi cosmici sono particelle ad alta energia che viaggiano vicino alla velocità della luce e che bagnano costantemente la Terra. Ma proprio come si originano e accelerano attraverso lo spazio richiede più studio, così come il loro brusco declino a energie superiori a 1, 000 trilioni di elettronvolt. Queste particelle sono state potenziate a più di 100 volte l'energia ottenibile dall'acceleratore di particelle più potente del mondo, il Large Hadron Collider del CERN.
CREAM, delle dimensioni di un frigorifero, trasporterà versioni rinnovate dei rilevatori di carica al silicio e del calorimetro a ionizzazione delle precedenti missioni in mongolfiera sull'Antartide. L'edizione orbitale di CREAM conterrà due nuovi strumenti:i rilevatori di conteggio alto/basso, contributo della Kyungpook National University di Daegu, Corea del Sud, e un rivelatore a scintillatore boronato per distinguere gli elettroni dai protoni, costruito da una squadra di Goddard, Pennsylvania State University a University Park e Northern Kentucky University a Highland Heights.
La collaborazione internazionale, guidato dal fisico Eun-Suk Seo presso l'Università del Maryland, Parco dell'università, include team di numerose istituzioni negli Stati Uniti e istituzioni che collaborano nella Repubblica di Corea, Messico e Francia. La gestione complessiva e l'integrazione dell'esperimento è stata guidata dalla Wallops Flight Facility della NASA sulla costa orientale della Virginia sotto la direzione di Linda Thompson, il Project Manager CREMA.
Secondo il co-investigatore Jason Link, un'università del Maryland, Scienziato ricercatore della contea di Baltimora che lavora al Goddard, L'evoluzione di CREAM dimostra la potenza del programma Balloon della NASA come banco di prova per lo sviluppo della strumentazione spaziale.
"Una missione in mongolfiera può passare da un'idea nella testa di uno scienziato a un carico utile volante in circa cinque anni, " disse Link. "In effetti, molti scienziati che progettano esperimenti per missioni spaziali iniziano con il volo in mongolfiera. È un potente campo di addestramento per ricercatori e ingegneri".
Come è vero per ogni missione complessa, le cose non vanno sempre come previsto. Questo è stato il caso dell'esperimento BETTII (Ball Experimental Twin Telescope for Infrared Interferometer), destinato a studiare oggetti freddi che emettono luce nella regione del lontano infrarosso dello spettro elettromagnetico.
Dal suo nuovo punto di osservazione sul Japanese Experiment Module della Stazione Spaziale Internazionale - Exposed Facility, la missione Cosmic Ray Energetics and Mass (CREAM), mostrato nell'illustrazione nel riquadro, studierà i raggi cosmici per determinarne le sorgenti ei meccanismi di accelerazione. Credito:NASA
BETTII è stato lanciato l'8 giugno dalla Columbia Scientific Balloon Facility della NASA in Palestina, Texas. Sebbene quasi tutti i componenti della missione abbiano funzionato come dovrebbero, il carico si staccò dal suo paracadute e cadde 130, 000 piedi in 12 minuti poiché il volo è terminato il giorno successivo.
Il principale investigatore di BETTII Stephen Rinehart di Goddard stima che ci vorranno diversi anni per ottenere finanziamenti e ricostruire la missione.
Progettato, assemblato e testato a Goddard in collaborazione con l'Università del Maryland, Università John Hopkins, Università di Cardiff, University College London e il team dell'esperimento del telescopio interferometrico nel lontano infrarosso in Giappone, BETTII è progettato per esaminare le frequenze infrarosse più basse con una risoluzione senza precedenti. Mentre i telescopi ottici come Hubble non possono vedere le stelle avvolte da spesse nuvole di polvere, le osservazioni nel lontano infrarosso squarciano il velo, rivelando come questi oggetti si formano ed evolvono.
"BETTII è uno degli esperimenti con palloncini più complessi mai volati, " ha detto Rinehart. "Come comunità di ricerca, comprendiamo che questo rischio è necessario per i progressi scientifici e tecnici che facciamo con i palloncini".
Dopotutto, così come rischio e fallimento vanno di pari passo, quindi rischi e ricompense.
