La sonda per la mappatura e l'accelerazione interstellare catturerà la polvere stellare interstellare

Scienziati e ingegneri della CU Boulder saranno presto coinvolti nel tentativo di raccogliere frammenti di polvere stellare, minuscoli frammenti di materia che fluiscono attraverso la Via Lattea e che un tempo costituivano gli elementi costitutivi del nostro sistema solare.

L'inseguimento fa parte della NASA Mappatura interstellare e sonda acceleratore (IMAP) Una missione per esplorare il nostro quartiere solare: decodificare i messaggi in particelle provenienti dal Sole e oltre il nostro scudo cosmico. Dal 2018, il team di Laboratorio di Fisica dell'Atmosfera e dello Spazio (LASP) Alla CU Boulder, ha guidato lo sviluppo di uno dei 10 strumenti scientifici della missione.

Questa settimana, il team ha caricato lo strumento noto come Esperimento sulla polvere interstellare (IDEX)Sul camion delle consegne. Lo strumento, che ha la forma di un grande tamburo e pesa 47 libbre, sarà trasportato al laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University nel Maryland. Lì, gli ingegneri inizieranno il processo di installazione di IDEX sul veicolo spaziale IMAP.

IDEX è il primo strumento IMAP ad arrivare nel Maryland. Nel corso della missione di due anni, IDEX rileverà e analizzerà in grande dettaglio la composizione di centinaia di particelle di polvere interstellare. Queste particelle fluiscono nel nostro sistema solare dalle vaste distese dello spazio interstellare, o dal mezzo interstellare. IDEX rileverà anche migliaia di particelle di polvere interplanetaria rilasciate da comete e asteroidi.

I grani interstellari sono sparsi così sottili che lo strumento può raccoglierne solo poche centinaia durante la sua vita. Ma ogni minuscolo granello di polvere interstellare racchiude un tesoro di informazioni.

“Queste particelle di polvere sono nate nelle esplosioni di supernova e la maggior parte di esse è cambiata mentre viaggiano nello spazio interstellare, ma sono ancora il materiale più vicino a noi a nostra disposizione per comprendere gli elementi costitutivi del sistema solare”, ha affermato Mihaly Hourani, direttore dell'istituto. scuola. Ricercatore presso IDEX e professore in LASP e presso il Dipartimento di Fisica della CU Boulder. “Rilevarli e analizzarli nello spazio apre una nuova finestra sull’universo.”

Il lancio di IMAP, guidato dall’Università di Princeton, è previsto nella primavera del 2025 e viaggerà per circa un milione di miglia fino a un punto nello spazio tra la Terra e il sole chiamato Punto di Lagrange 1.

L'Interstellar Dust Experiment (IDEX) ha le sue porte aperte al LASP. (Credito: Patrick Campbell/CU Boulder)

Durante la missione, IDEX aprirà un buco largo circa 20 pollici per catturare la polvere vicina, proprio come una megattera che raccoglie il krill. Lo strumento registrerà la velocità con cui viaggiano queste particelle, da dove provengono e di cosa sono fatte.

Raquel Ahrens, che lavora nelle operazioni di missione presso IDEX, ha spiegato che lo strumento è il risultato di anni di lavoro da parte di un team di professionisti e studenti della LASP, comprese molte nottate e prime ore del mattino.

“Ciò che abbiamo realizzato come squadra e LASP è sorprendente”, ha affermato Ahrens, un assistente di ricerca professionale presso LASP.

veloce e arrabbiato

Dan Baker, direttore del LASP, ha aggiunto che l'istituto ha una lunga tradizione nell'uso di una lente d'ingrandimento per la polvere cosmica, spesso trascurata. Un team di LASP aveva precedentemente progettato e costruito uno strumento simile chiamato SUrface Dust Analyser (SUDA). SUDA fa parte della missione Europa Clipper della NASA, il cui lancio è previsto verso la luna di Giove Europa entro la fine dell'anno. Il contatore di polvere per studenti della LASP è stato lanciato nella missione New Horizons nel 2006 e ora sta esplorando la periferia del nostro sistema solare.

“Uno dei maggiori risultati del LASP è stato il perseguimento della ricerca sulla polvere cosmica”, ha affermato Baker. “Per due decenni, il team LASP ha perfezionato e avanzato tecniche di rilevamento per consentire misurazioni davvero sorprendenti che stanno rivoluzionando la nostra comprensione dell’origine e dell’evoluzione del nostro sistema solare e del vasto universo oltre”.

Esperimento sulla polvere interstellare (IDEX)

Scott Tucker, responsabile del progetto IDEX, ha affermato che intrappolare la polvere nello spazio non è facile. Poiché le particelle di polvere interstellare sono così rare, lui e i suoi colleghi hanno dovuto realizzare uno strumento circa due volte e mezzo più grande del SUDA: più grande è la bocca, più particelle si possono catturare.

Ogni granello di polvere, che è probabilmente ricco di silicio e carbonio, può avere un diametro di pochi milionesimi di pollice. Ma alcuni viaggeranno anche a velocità superiori a 100.000 miglia orarie.

Quando queste sfere colpiscono la parte posteriore dell'IDEX, evaporano istantaneamente per formare una nuvola di ioni, che il dispositivo raccoglierà e analizzerà.

“La sfida principale per IDEX è ciò che gli ingegneri chiamano 'gamma dinamica'. Dobbiamo prendere sia le particelle veramente veloci e grandi, sia quelle più piccole e lente e misurarle con lo stesso strumento.”

Ha aggiunto che finora gli scienziati sono stati in grado di catturare e studiare solo poche dozzine di granelli di polvere interstellare, rendendo preziosa ogni nuova scoperta attraverso IDEX.

“Sono piccoli pacchetti di informazioni risalenti a molto, molto tempo fa”, ha detto Tucker.

Fai un buon viaggio

Ha aggiunto che IDEX non sarebbe uscita dal Colorado, per non parlare dello spazio, senza il contributo di studenti e professionisti all’inizio della carriera.

Arens è uno di questi ricercatori emergenti. Ha conseguito la laurea in astrofisica presso la CU Boulder nel 2020 ed è entrata a far parte della LASP nel 2023. Si è assicurata che IDEX funzionasse correttamente mentre gli ingegneri lo sottoponevano a una serie di test. Ciò ha comportato lo sparo di piccoli pezzi di metallo che rappresentavano la materia interstellare sul dispositivo utilizzando una macchina nel campus chiamata acceleratore di polvere.

È anche una delle 87 persone che, cerimoniosamente, viaggeranno nello spazio insieme a IDEX – e lo strumento reca una targa con incisi i nomi di molti dei membri del team che ci hanno lavorato nel corso degli anni.

“È incredibile vedere tutti questi ingegneri lavorare insieme, lavorare fino a tardi, scoprire problemi e continuare ad andare avanti con un atteggiamento positivo”, ha detto Ahrens.

Il professor David J. McComas della missione dell'Università di Princeton con un team internazionale di 25 istituzioni partner. Il laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins a Laurel, nel Maryland, sta costruendo la navicella spaziale e sta gestendo la missione. IMAP è la quinta missione nel portafoglio Solar Terrestrial Probes (STP) della NASA. La Divisione Progetti Esploratori ed Eliofisica presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, gestisce il programma STP per la Divisione Eliofisica dell'agenzia nella Direzione Missione Scientifica della NASA.

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