Rappresentazione artistica dello SPRITE CubeSat in orbita attorno alla Terra. Credito:LASP
Gli scienziati della CU Boulder stanno sviluppando un satellite delle dimensioni di un tostapane per esplorare uno dei misteri più fondamentali del cosmo:in che modo le radiazioni delle stelle si sono fatte strada dalle prime galassie per alterare fondamentalmente la composizione dell'universo come lo sappiamo oggi.
Queste intuizioni verranno dal Supernova Remnants and Proxies for ReIonization Testbed Experiment (SPRITE), una missione finanziata dalla NASA guidata dal Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) presso CU Boulder.
Il lancio è previsto per il 2022, lo SPRITE da $ 4 milioni è l'ultimo della linea LASP di piccoli veicoli spaziali che potrebbero. Questo "CubeSat" misurerà poco più di un piede di lunghezza e peserà circa 40 libbre. Raccoglierà anche dati senza precedenti dalle stelle e dalle supernove moderne per aiutare gli scienziati a comprendere meglio un periodo nella storia del cosmo chiamato "Epoca della Reionizzazione", un periodo in cui le prime stelle dell'universo hanno vissuto velocemente e duramente, bruciando e trasformandosi in supernova nell'arco di pochi milioni di anni.
"Stiamo cercando di stabilire com'era l'universo quando si è formato per la prima volta e come si è evoluto fino a dove è oggi, " ha detto Brian Fleming, un professore di ricerca al LASP che guida la missione SPRITE.
Il team spera anche che SPRITE mostri quanto CubeSats può raggiungere. Ad oggi, la maggior parte di questi veicoli spaziali in miniatura si è concentrata sullo studio di fenomeni più vicini a casa, come il tempo sulla Terra o i brillamenti che eruttano dalla superficie del sole.
"C'è stata la percezione che per fare nuova astrofisica è necessario raccogliere molta luce, quindi è necessario qualcosa di grande, " disse Fleming, anche del Dipartimento di Scienze Astrofisiche e Planetarie. "SPRITE sta cercando di fare qualcosa di diverso. C'è molta scienza che puoi fare ottimizzando il tuo design e usando nuove tecnologie."
Vado chiaro
La rappresentazione di un artista di come avrebbero potuto apparire le prime stelle dell'universo circondate da nuvole di gas idrogeno neutro. Credito:NASA
SPIRITO, in altre parole, racchiude molte ambizioni in un piccolo pacchetto.
Fleming spiegò che prima dell'Epoca della Reionizzazione, l'universo non era per niente come lo è oggi. Le prime stelle e galassie del cosmo stavano appena iniziando a formarsi, ma la loro luce non poteva diffondersi molto nello spazio come fa oggi:le vaste distanze tra le galassie erano piene di gas neutro che ha effettivamente annebbiato l'universo.
Quindi, poco più di 13 miliardi di anni fa, che ha cominciato a cambiare:le radiazioni di queste giovani stelle hanno iniziato a fuoriuscire dalle loro galassie e ionizzare il gas circostante, cacciando gli elettroni dagli atomi di idrogeno e cambiando la natura della materia che permea l'universo.
"Abbiamo iniziato a vedere apparire queste bolle di ionizzazione, " ha detto. "A poco a poco, le bolle sono diventate sempre più numerose fino a quando non hanno iniziato a fondersi."
C'è solo un problema con la teoria:gli scienziati non sono ancora sicuri di come questa luce sia riuscita a fuggire dalle prime galassie dell'universo. Una teoria suggerisce che antiche supernove abbiano spazzato via le nubi di gas denso che circondavano quelle prime stelle, un po' come giganteschi soffiatori di foglie nello spazio.
"Le supernove sono molto dirompenti, " Ha detto Fleming. "Potrebbero essere stati in grado di spostare il gas neutro di mezzo in modo che la radiazione ionizzante fosse in grado di uscire da queste prime galassie".
Un'immagine del telescopio spaziale Hubble di un'onda esplosiva che si espande da una supernova. Credito: NASA, ESA e G. Bacon, T. Confini, L. Fratta, Z. Levay, e F. Summers, STScI
Diventare creativi
SPRITE non cercherà di osservare direttamente quelle antiche eruzioni. Anziché, condurrà due sondaggi più vicino a casa. Si misurerà come le galassie vicine emettono radiazioni ionizzanti. Il secondo esaminerà i resti delle stelle esplose nelle Nubi di Magellano, due galassie nane che circondano la nostra Via Lattea.
Non sarà facile. Quel tipo di radiazione può essere visto solo in una stretta finestra di luce ultravioletta, una che è stata storicamente difficile da individuare con i telescopi. Per aggirare questa limitazione, il team SPRITE sta sperimentando una gamma di nuove tecnologie che non sono mai volate nello spazio prima. Includono un tipo speciale di rivestimento a specchio progettato per far rimbalzare la luce ultravioletta nei rilevatori del CubeSat.
Il team SPRITE è in procinto di finalizzare i progetti per il veicolo spaziale e inizierà presto a costruire parti prototipo.
La missione sarà anche un'opportunità di apprendimento per scienziati e ingegneri in erba al LASP. CubeSat, Fleming ha spiegato, offrire agli studenti e ai giovani scienziati e ingegneri la possibilità di lavorare su una missione spaziale dall'inizio alla fine, non qualcosa che è possibile su molti più grandi, progetti più complicati.
Questo è uno dei motivi per cui Dana Chafetz ha deciso di lavorare su SPRITE. Si è laureata alla Northeastern University di Boston nel dicembre 2019 ed è entrata a far parte del laboratorio di Fleming come ingegnere meccanico ad aprile. Chafetz ha affermato che questo progetto CubeSat le ha dato la possibilità di avere più controllo sul processo di progettazione e la capacità di provare idee a cui nessuno aveva pensato prima.
"Se voglio fare qualcosa di nuovo, finché possiamo testarlo, possiamo farlo, " Chafetz ha detto. "È un ambiente davvero creativo".
