Gli astronomi continuano a non essere all'altezza quando esaminano la materia "normale", il materiale che compone le galassie, stelle e pianeti. Una nuova missione CubeSat sponsorizzata dalla NASA chiamata HaloSat, dispiegato dalla Stazione Spaziale Internazionale il 13 luglio, aiuterà gli scienziati a cercare la materia mancante dell'universo studiando i raggi X del gas caldo che circonda la nostra galassia, la Via Lattea.

Il fondo cosmico a microonde (CMB) è la luce più antica dell'universo, radiazioni da quando era 400, 000 anni. I calcoli basati sulle osservazioni della CMB indicano che l'universo contiene:il 5% di protoni di materia normale, neutroni e altre particelle subatomiche; 25% di materia oscura, una sostanza che rimane sconosciuta; e il 70% di energia oscura, una pressione negativa che accelera l'espansione dell'universo.

Mentre l'universo si espandeva e si raffreddava, la materia normale si è fusa in gas, polvere, pianeti, stelle e galassie. Ma quando gli astronomi calcolano le masse stimate di questi oggetti, rappresentano solo circa la metà di ciò che i cosmologi dicono dovrebbe essere presente.

"Dovremmo avere tutta la materia oggi che avevamo quando l'universo era 400, 000 anni, " ha detto Philip Kaaret, Investigatore principale di HaloSat presso l'Università dell'Iowa (UI), che guida la missione. "Dov'è finito? La risposta a questa domanda può aiutarci a capire come siamo passati dallo stato uniforme della CMB alle strutture su larga scala che vediamo oggi".

I ricercatori pensano che la materia mancante possa essere nel gas caldo situato nello spazio tra le galassie o negli aloni galattici, componenti estesi che circondano le singole galassie.

HaloSat studierà il gas nell'alone della Via Lattea che corre a circa 2 milioni di gradi Celsius (3,6 milioni di gradi Fahrenheit). A temperature così elevate, l'ossigeno perde la maggior parte dei suoi otto elettroni e produce i raggi X che HaloSat misurerà.

Altri telescopi a raggi X, come la stella di neutroni della NASA Interior Composition Explorer e l'Osservatorio a raggi X Chandra, studiare le singole fonti osservando piccole porzioni di cielo. HaloSat guarderà tutto il cielo, 100 gradi quadrati alla volta, che aiuterà a determinare se l'alone galattico diffuso ha la forma più simile a un uovo fritto oa una sfera.

"Se pensi all'alone galattico nel modello dell'uovo fritto, avrà una diversa distribuzione della luminosità quando guardi verso l'alto dalla Terra rispetto a quando guardi ad angoli più ampi, " ha detto Keith Jahoda, un co-investigatore e astrofisico di HaloSat presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Se ha una forma quasi sferica, rispetto alle dimensioni della galassia, allora ti aspetti che sia più o meno la stessa luminosità in tutte le direzioni."

La forma dell'alone determinerà la sua massa, che aiuterà gli scienziati a capire se la materia mancante dell'universo si trova negli aloni galattici o altrove.

HaloSat sarà la prima missione di astrofisica che minimizza gli effetti dei raggi X prodotti dallo scambio di carica del vento solare. Questa emissione si verifica quando il vento solare, un deflusso di particelle altamente cariche dal Sole, interagisce con atomi privi di carica come quelli dell'atmosfera terrestre. Le particelle del vento solare catturano gli elettroni dagli atomi non caricati ed emettono raggi X. Queste emissioni mostrano uno spettro simile a quello che gli scienziati si aspettano di vedere dall'alone galattico.

"Ogni osservazione che facciamo ha questa emissione di vento solare in una certa misura, ma varia con il tempo e le condizioni del vento solare, "ha detto Kip Kuntz, un co-investigatore di HaloSat presso la Johns Hopkins University di Baltimora. "Le variazioni sono così difficili da calcolare che molte persone le menzionano e poi le ignorano nelle loro osservazioni".

Per ridurre al minimo questi raggi X del vento solare, HaloSat raccoglierà la maggior parte dei suoi dati in 45 minuti nella metà notturna della sua orbita di 90 minuti intorno alla Terra. Sul lato diurno, il satellite si ricaricherà utilizzando i suoi pannelli solari e trasmetterà i dati al Wallops Flight Facility della NASA in Virginia, che trasmette i dati al centro di controllo delle operazioni della missione presso la Blue Canyon Technologies a Boulder, Colorado.

"HaloSat è stata una meravigliosa opportunità per mettere le mani su uno strumento, lavorare sulle complessità di qualcosa che sta andando nello spazio, e pianifica tutti i problemi che ne derivano, che è molto divertente, " ha detto Daniele La Rocca, uno studente laureato in UI nel team della missione.

HaloSat misura 4 x 8 x 12 pollici (circa 10 x 20 x 30 centimetri) e pesa circa 26 libbre (12 chilogrammi). È la prima missione CubeSat di astrofisica incentrata sulla scienza, ma un CubeSat chiamato Arcsecond Space Telescope Enabling Research in Astrophysics (ASTERIA), guidato dal Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, lanciato nel 2017 per dimostrare la tecnologia astrofisica. Le missioni CubeSat richiedono solitamente circa tre anni per svilupparsi attraverso il lancio e l'inizio della raccolta dei dati, la quantità di tempo ottimale per gli studenti universitari o laureati da coinvolgere dall'inizio alla fine.

"HaloSat ha decisamente plasmato il modo in cui vedo il mio futuro, "ha detto Hannah Gulick, uno studente di UI che lavora alla missione. "I hope to be an astrophysicist who builds instruments and then uses the observations from those instruments to make my own discoveries."

HaloSat is a NASA CubeSat mission led by the University of Iowa in Iowa City. Additional partners include NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, NASA's Wallops Flight Facility on Wallops Island, Virginia, Blue Canyon Technologies in Boulder, Colorado, Johns Hopkins University in Baltimore and with important contributions from partners in France. HaloSat was selected through NASA's CubeSat Launch Initiative as part of the 23rd installment of the Educational Launch of Nanosatellites missions.