La recherche basée sur des ballons sur les particules cosmiques qui a commencé il y a plus d'un siècle recevra un grand coup de pouce l'année prochaine - jusqu'à l'orbite terrestre basse, lorsque la Cosmetic Ray Energetics and Mass (CREAM) de la NASA sera envoyée à la Station spatiale devenant ainsi (es-tu prêt pour ça?) ISS-CREAM, spécialement conçu pour détecter les rayons cosmiques de très haute énergie et aider les scientifiques à déterminer quelles peuvent être leurs sources mystérieuses.
"La réponse est celle que le monde attend depuis 100 ans", a déclaré Vernon Jones, scientifique du programme.
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Cosmic Ray Energetics and Mass (CREAM) sera le premier instrument à rayons cosmiques conçu pour détecter à des gammes d'énergie plus élevées et sur une durée aussi longue dans l'espace. Les scientifiques espèrent découvrir si les rayons cosmiques sont accélérés par une seule cause, qui serait des supernovae. La nouvelle recherche pourrait également déterminer pourquoi il y a moins de rayons cosmiques détectés à de très hautes énergies que ce qui est théoriquement prévu.
«Les rayons cosmiques sont des particules énergétiques de l'espace extra-atmosphérique», a déclaré Eun-Suk Seo, chercheur principal pour l'étude CREAM. «Ils fournissent un échantillon direct de matière extérieure au système solaire. Des mesures ont montré que ces particules peuvent avoir des énergies pouvant atteindre 100 000 billions d'électrons volts. C'est une énergie énorme, bien au-delà et au-dessus de toute énergie qui peut être générée avec des accélérateurs artificiels, même le Grand collisionneur de hadrons du CERN. »
Les chercheurs prévoient également d'étudier le déclin de la détection des rayons cosmiques, appelé le «genou» spectral qui se produit à environ mille trillions d'électrons-volts (eV), ce qui est environ 2 milliards de fois plus puissant que les émissions lors d'une imagerie nucléaire médicale. Quelle que soit la cause des rayons cosmiques, ou les filtrant lorsqu'ils se déplacent dans la galaxie, la population est mordue à partir de 1000 trillions d'électrons-volts. De plus, le spectre des rayons cosmiques s'étend bien au-delà de ce que les supernovas pourraient produire.
Pour répondre à ces questions, la NASA prévoit de placer CREAM à bord de la station spatiale, devenant ISS-CREAM. L’instrument a volé six fois pendant 161 jours au total sur des ballons de longue durée encerclant le pôle Sud, où les lignes de champ magnétique de la Terre sont essentiellement verticales.
L'idée de particules énergétiques provenant de l'espace était inconnue en 1911 lorsque Victor Hess, lauréat du prix Nobel de physique de 1936, crédité de la découverte des rayons cosmiques, prit l'air pour s'attaquer au mystère de la raison pour laquelle les matériaux devinrent plus électrifiés avec l'altitude, un effet appelé ionisation. On s'attendait à ce que l'ionisation s'affaiblisse à mesure que l'on s'éloignait de la Terre. Hess a développé des instruments sensibles et les a élevés jusqu'à 3,3 miles (5,3 kilomètres) et il a établi que l'ionisation a quadruplé avec l'altitude, de jour comme de nuit.
Une meilleure compréhension des rayons cosmiques aidera les scientifiques à terminer le travail commencé lorsque Hess a transformé de manière inattendue une question terrestre en une énigme stellaire. Répondre à cette énigme nous aidera à comprendre une facette cachée et fondamentale de la façon dont notre galaxie, et peut-être l'univers, est construite et fonctionne.
Le phénomène a rapidement acquis un nom populaire mais déroutant, les rayons cosmiques, à partir d'une théorie erronée qu'il s'agissait de rayons X ou de rayons gamma, qui sont des rayonnements électromagnétiques, comme la lumière. Au lieu de cela, les rayons cosmiques sont des particules de matière à haute vitesse et à haute énergie.
En tant que particules, les rayons cosmiques ne peuvent pas être focalisés comme la lumière dans un télescope. Au lieu de cela, les chercheurs détectent les rayons cosmiques par la lumière et les charges électriques produites lorsque les particules claquent dans la matière. Les scientifiques utilisent ensuite un travail de détective pour identifier la particule d'origine en mesurant directement sa charge électrique et sa détermination d'énergie à partir de l'avalanche de particules de débris créant leurs propres traces qui se chevauchent.
CREAM fait ce travail de traçage à l'aide d'un calorimètre à ionisation conçu pour que les rayons cosmiques perdent leurs énergies. Des couches de carbone, de tungstène et d'autres matériaux présentent des «coupes» nucléaires bien connues dans la cheminée. Les détecteurs électriques et optiques mesurent l'intensité des événements lorsque des particules cosmiques, de l'hydrogène au fer, traversent l'instrument.
Même si les vols en ballon CREAM ont atteint des altitudes élevées, il restait suffisamment d’atmosphère au-dessus pour perturber les mesures. Le projet de monter l'instrument à l'extérieur de la station spatiale le placera au-dessus des effets obscurcissants de l'atmosphère, à une altitude de 250 miles (400 kilomètres).
"Sur quoi pouvons-nous maintenant placer nos espoirs de résoudre les nombreuses énigmes qui existent encore quant à l'origine et la composition des rayons cosmiques?"
- Victor F. Hess, Conférence Nobel, décembre 1936
Source: NASA
