La ricerca basata su palloncini sulle particelle cosmiche iniziata oltre un secolo fa riceverà un grande impulso il prossimo anno, fino all'orbita terrestre bassa, quando il Cosmic Ray Energetics and Mass della NASA ( CREMA ) verrà inviato alla Stazione Spaziale diventando così (sei pronto per questo?)ISS-CREMA, progettato specificamente per rilevare i raggi cosmici ad altissima energia e aiutare gli scienziati a determinare quali potrebbero essere le loro misteriose fonti.
'La risposta è quella che il mondo aspetta da 100 anni', ha detto lo scienziato del programma Vernon Jones.
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Cosmic Ray Energetics and Mass (CREAM) sarà il primo strumento a raggi cosmici progettato per rilevare a tali gamme di energia più elevate, e per una durata così estesa nello spazio. Gli scienziati sperano di scoprire se i raggi cosmici sono accelerati da un'unica causa, che si ritiene sia una supernova. La nuova ricerca potrebbe anche determinare il motivo per cui ci sono meno raggi cosmici rilevati a energie molto elevate rispetto a quelli teorizzati.
'I raggi cosmici sono particelle energetiche provenienti dallo spazio', ha affermato Eun-Suk Seo, ricercatore principale per lo studio CREAM. “Forniscono un campione diretto di materia dall'esterno del sistema solare. Le misurazioni hanno dimostrato che queste particelle possono avere energie fino a 100.000 trilioni di elettronvolt. Questa è un'energia enorme, molto al di là e al di sopra di qualsiasi energia che può essere generata con acceleratori artificiali, persino il Large Hadron Collider del CERN'.
I ricercatori hanno anche in programma di studiare il declino del rilevamento dei raggi cosmici, chiamato 'ginocchio' spettrale che si verifica a circa mille trilioni di elettronvolt (eV), che è circa 2 miliardi di volte più potente delle emissioni in una scansione di imaging nucleare medico. Qualunque cosa causi i raggi cosmici, o li filtri mentre si muovono attraverso la galassia, prende un morso dalla popolazione da 1.000 trilioni di elettronvolt in su. Inoltre, lo spettro dei raggi cosmici si estende molto oltre ciò che si ritiene siano in grado di produrre le supernove.
Un pallone a lunga durata che trasporta CREAM si prepara al lancio da una posizione vicino alla stazione McMurdo (NASA)
Per rispondere a queste domande, la NASA prevede di posizionare CREAM a bordo della stazione spaziale, diventando ISS-CREAM. Lo strumento ha volato sei volte per un totale di 161 giorni su palloni di lunga durata che circondano il Polo Sud, dove le linee del campo magnetico terrestre sono essenzialmente verticali.
L'idea di particelle energetiche provenienti dallo spazio era sconosciuta nel 1911 quando Victor Hess , il premio Nobel per la fisica del 1936 accreditato per la scoperta dei raggi cosmici, prese il volo per affrontare il mistero del perché i materiali diventassero più elettrizzati con l'altitudine, un effetto chiamato ionizzazione. L'aspettativa era che la ionizzazione si sarebbe indebolita man mano che ci si allontanava dalla Terra. Hess sviluppò strumenti sensibili e li portò fino a 3,3 miglia (5,3 chilometri) e stabilì che la ionizzazione aumentava fino a quattro volte con l'altitudine, giorno e notte.
Una migliore comprensione dei raggi cosmici aiuterà gli scienziati a completare il lavoro iniziato quando Hess ha trasformato inaspettatamente una questione terrena in un enigma stellare. Rispondere a questo indovinello ci aiuterà a capire un aspetto nascosto e fondamentale di come la nostra galassia, e forse l'universo, è costruita e funziona.
Il fenomeno guadagnò presto un nome popolare ma confuso, raggi cosmici, da una teoria errata che fossero raggi X o raggi gamma, che sono radiazioni elettromagnetiche, come la luce. Invece, i raggi cosmici sono particelle di materia ad alta velocità e alta energia.
In quanto particelle, i raggi cosmici non possono essere focalizzati come la luce in un telescopio. Invece, i ricercatori rilevano i raggi cosmici dalla luce e dalle cariche elettriche prodotte quando le particelle si scontrano con la materia. Gli scienziati utilizzano quindi il lavoro investigativo per identificare la particella originale misurando direttamente la sua carica elettrica e la sua determinazione energetica dalla valanga di particelle di detriti che creano le proprie tracce sovrapposte.
Schema CREMA
CREAM esegue questo lavoro di traccia utilizzando un calorimetro a ionizzazione progettato per far sì che i raggi cosmici disperdano le loro energie. Strati di carbonio, tungsteno e altri materiali presentano 'sezioni trasversali' nucleari ben note all'interno della pila. I rilevatori elettrici e ottici misurano l'intensità degli eventi quando le particelle cosmiche, dall'idrogeno al ferro, si schiantano contro lo strumento.
Anche se i voli in mongolfiera CREAM hanno raggiunto altitudini elevate, al di sopra è rimasta abbastanza atmosfera da interferire con le misurazioni. Il piano per montare lo strumento all'esterno della stazione spaziale lo collocherà al di sopra degli effetti oscuranti dell'atmosfera, a un'altitudine di 250 miglia (400 chilometri).
'Su cosa possiamo ora riporre le nostre speranze di risolvere i molti enigmi che esistono ancora sull'origine e la composizione dei raggi cosmici?'
– Victor F. Hess, Lezione Nobel, dicembre 1936
Fonte: NASA
