Depuis des décennies, La NASA a lancé d'énormes ballons scientifiques dans l'atmosphère terrestre, milles au-dessus de l'altitude des vols commerciaux. Le Programme Ballon prépare actuellement de nouvelles missions portant des instruments sensibles, dont un conçu pour enquêter sur la naissance de notre univers et un autre avec des origines de montgolfière qui volera sur la Station spatiale internationale.

L'explorateur de polarisation d'inflation primordiale de la NASA (PIPER), qui lancera une série de vols d'essai au cours des prochaines années, pourrait confirmer la théorie selon laquelle notre univers naissant s'est agrandi de mille milliards de milliards de fois (1024) immédiatement après le big bang. Cette inflation rapide aurait ébranlé le tissu de l'espace-temps, générant des ondulations appelées ondes gravitationnelles. Ces vagues, à son tour, aurait dû produire des distorsions détectables dans le fond diffus cosmologique (CMB), la première lumière de l'univers s'est allongée en micro-ondes aujourd'hui par expansion cosmique. Les motifs apparaîtront dans les mesures de la façon dont la lumière CMB est organisée, une propriété appelée polarisation. Découvrir la torsion, Les modèles de polarisation en forme de moulinet dans le CMB prouveront que l'inflation s'est produite et ramèneront les astrophysiciens au bord du big bang.

Alors que les théories d'Albert Einstein décrivent avec précision la gravité dans le cosmos dilaté d'aujourd'hui, ces lois physiques à grande échelle ne s'appliquaient pas lorsque notre univers avait encore la taille d'un atome d'hydrogène. Pour concilier cette disparité, PIPER cartographiera tout le ciel à quatre fréquences différentes, différencier les motifs de torsion dans le CMB (indiquant les ondes gravitationnelles primordiales) et les différents signaux de polarisation dus à la poussière interstellaire. Pour maintenir la sensibilité, le télescope volera immergé dans un seau d'hélium liquide de la taille d'un bain à remous mais beaucoup plus frais - près de 457 degrés en dessous de zéro Fahrenheit (moins 272 degrés Celsius) et proche du zéro absolu, la température la plus froide possible.

La mission PIPER a été conçue, construit et testé au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, en collaboration avec l'Université Johns Hopkins de Baltimore, l'Université de la Colombie-Britannique, Canada, l'Institut national des normes et de la technologie à Boulder, Colorado, et l'Université de Cardiff au Pays de Galles.

"Nous espérons avoir un aperçu de notre univers primitif alors qu'il est passé d'une taille subatomique à plus grande qu'une planète en moins d'une seconde, " a déclaré Al Kogut de Goddard, Le chercheur principal de PIPER. « Comprendre l'inflation augmente également notre connaissance de la physique des particules de haute énergie, où les forces de la nature agissent indistinctement les unes des autres."

Alors que PIPER se prépare à observer à environ 20 miles au-dessus de la Terre, la dernière itération de l'expérience Cosmic Ray Energetics and Mass (CREAM) devrait être lancée vers la station spatiale en août. Bien que CREAM ait été aéroporté lors de ses six missions précédentes, la charge utile actuelle transportera la technologie au-delà de l'atmosphère terrestre et dans l'espace. CREAM échantillonnera directement la matière en mouvement rapide de l'extérieur du système solaire, appelés rayons cosmiques, de son nouveau point de vue sur le module d'expérimentation japonais - Installation exposée.

Les rayons cosmiques sont des particules de haute énergie voyageant à une vitesse proche de la vitesse de la lumière qui inondent constamment la Terre. Mais précisément comment ils naissent et s'accélèrent dans l'espace nécessite plus d'études, de même que leur chute brutale à des énergies supérieures à 1, 000 milliards d'électrons-volts. Ces particules ont été boostées à plus de 100 fois l'énergie atteignable par l'accélérateur de particules le plus puissant au monde, le Grand collisionneur de hadrons au CERN.

CREAM, de la taille d'un réfrigérateur, transportera des versions remises à neuf des détecteurs de charge au silicium et du calorimètre à ionisation des précédentes missions de ballon au-dessus de l'Antarctique. L'édition orbitale de CREAM contiendra deux nouveaux instruments :les détecteurs de comptage haut/bas, contribué par l'Université nationale de Kyungpook à Daegu, Corée du Sud, et un détecteur à scintillateur boré pour distinguer les électrons des protons, construit par une équipe de Goddard, Pennsylvania State University à University Park et Northern Kentucky University à Highland Heights.

La collaboration internationale, dirigé par le physicien Eun-Suk Seo à l'Université du Maryland, Parc du Collège, comprend des équipes de nombreuses institutions aux États-Unis ainsi que des institutions collaboratrices en République de Corée, Mexique et France. La gestion globale et l'intégration de l'expérience ont été dirigées par le Wallops Flight Facility de la NASA sur la côte est de la Virginie sous la direction de Linda Thompson, le Chef de Projet CREAM.

Selon le co-chercheur Jason Link, une université du Maryland, Chercheur du comté de Baltimore travaillant à Goddard, L'évolution de CREAM démontre la puissance du programme de ballons de la NASA en tant que banc d'essai de développement pour l'instrumentation spatiale.

"Une mission en ballon peut passer d'une idée dans la tête d'un scientifique à une charge utile volante en cinq ans environ, " dit Link. " En fait, de nombreux scientifiques qui conçoivent des expériences pour des missions spatiales font leurs débuts en montgolfière. C'est un puissant terrain d'entraînement pour les chercheurs et les ingénieurs."

Comme pour toute mission complexe, les choses ne se passent pas toujours comme prévu. C'est le cas de l'expérience Balloon Experimental Twin Telescope for Infrared Interferometer (BETTII), destiné à étudier des objets froids émettant de la lumière dans l'infrarouge lointain du spectre électromagnétique.

BETTII a été lancé le 8 juin depuis le Columbia Scientific Balloon Facility de la NASA en Palestine, Texas. Bien que presque toutes les composantes de la mission aient fonctionné comme elles le devraient, la charge utile s'est détachée de son parachute et est tombée de 130, 000 pieds en 12 minutes alors que le vol se terminait le lendemain.

Le chercheur principal de BETTII, Stephen Rinehart de Goddard, estime qu'il faudra plusieurs années pour obtenir un financement et reconstruire la mission.

Conçu, assemblé et testé à Goddard en collaboration avec l'Université du Maryland, Université Johns Hopkins, Université de Cardiff, University College London et l'équipe de l'expérience du télescope interférométrique dans l'infrarouge lointain au Japon, BETTII est conçu pour examiner les fréquences infrarouges inférieures avec une résolution sans précédent. Alors que les télescopes optiques comme Hubble ne peuvent pas voir les étoiles enveloppées d'épais nuages ​​de poussière, les observations dans l'infrarouge lointain percent le voile, révélant comment ces objets se forment et évoluent.

"BETTII est l'une des expériences de ballons les plus complexes jamais réalisées, " a déclaré Rinehart. " En tant que communauté de recherche, nous comprenons que ce risque est nécessaire aux progrès scientifiques et techniques que nous réalisons avec les ballons."

Après tout, tout comme le risque et l'échec vont de pair, le risque et la récompense aussi.