Une équipe scientifique en Antarctique se prépare à installer un instrument embarqué pour collecter des informations sur les rayons cosmiques, particules de haute énergie provenant d'au-delà du système solaire qui pénètrent dans l'atmosphère terrestre à chaque instant de chaque jour. L'instrument, appelé Super Trans-Iron Galactic Element Recorder (SuperTIGER), est conçu pour étudier les noyaux lourds rares, qui contiennent des indices sur où et comment les rayons cosmiques atteignent des vitesses atteignant presque la vitesse de la lumière.

Le lancement est prévu pour le 10 décembre le temps le permet.

"Le vol précédent de SuperTIGER a duré 55 jours, établir un record pour le plus long vol d'un ballon scientifique de transport lourd, " a déclaré Robert Binns, le chercheur principal de l'Université de Washington à St. Louis, qui dirige la mission. "Le temps en altitude s'est traduit par une longue exposition, ce qui est important car les particules que nous recherchons ne représentent qu'une infime fraction des rayons cosmiques."

Les particules de rayons cosmiques les plus courantes sont des protons ou des noyaux d'hydrogène, représentant environ 90 %, suivis des noyaux d'hélium (8 %) et des électrons (1 %). Le reste contient les noyaux d'autres éléments, avec un nombre décroissant de noyaux lourds à mesure que leur masse augmente. Avec SuperTIGER, les chercheurs recherchent le plus rare des rares noyaux de rayons cosmiques ultra-lourds au-delà du fer, du cobalt au baryum.

« Éléments lourds, comme l'or de tes bijoux, sont produits par des procédés spéciaux dans les étoiles, et SuperTIGER vise à nous aider à comprendre comment et où cela se produit, " a déclaré le co-investigateur principal John Mitchell au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. "Nous sommes tous des poussières d'étoiles, mais savoir où et comment cette poussière d'étoile est fabriquée nous aide à mieux comprendre notre galaxie et notre place dans celle-ci."

Lorsqu'un rayon cosmique frappe le noyau d'une molécule de gaz atmosphérique, les deux explosent dans une pluie d'éclats d'obus subatomiques qui déclenche une cascade de collisions de particules. Certaines de ces particules secondaires atteignent les détecteurs au sol, fournissant des informations que les scientifiques peuvent utiliser pour déduire les propriétés du rayon cosmique d'origine. Mais ils produisent aussi un bruit de fond perturbateur fortement atténué par les instruments volants sur les ballons scientifiques, qui atteignent des altitudes de près de 130, 000 pieds (40, 000 mètres) et flottent au-dessus de 99,5 % de l'atmosphère.

Les étoiles les plus massives forgent des éléments jusqu'au fer dans leur noyau puis explosent en supernova, disperser le matériau dans l'espace. Les explosions créent également des conditions qui se traduisent par une brève, flot intense de particules subatomiques appelées neutrons. Beaucoup de ces neutrons peuvent « coller » aux noyaux de fer. Certains d'entre eux se désintègrent ensuite en protons, produisant de nouveaux éléments plus lourds que le fer.

Les ondes de choc de supernova fournissent l'impulsion qui transforme ces particules en rayons cosmiques à haute énergie. Alors qu'une onde de choc se propage dans l'espace, il piège et accélère les particules jusqu'à ce qu'elles atteignent des énergies si extrêmes qu'elles ne peuvent plus être contenues.

Au cours des deux dernières décennies, preuves accumulées à partir des détecteurs du satellite Advanced Composition Explorer de la NASA et du prédécesseur de SuperTIGER, l'instrument TIGER embarqué sur ballon, a permis aux scientifiques de dresser un tableau général des sources de rayons cosmiques. On pensait qu'environ 20 % des rayons cosmiques provenaient d'étoiles massives et de débris de supernova, tandis que 80 pour cent provenaient de la poussière et du gaz interstellaires avec des quantités chimiques similaires à celles trouvées dans le système solaire.

« Au cours des dernières années, il est devenu évident que certains ou tous les éléments très riches en neutrons plus lourds que le fer peuvent être produits par des fusions d'étoiles à neutrons au lieu de supernovas, " a déclaré le co-investigateur Jason Link chez Goddard.

Les étoiles à neutrons sont les objets les plus denses que les scientifiques puissent étudier directement, les noyaux écrasés d'étoiles massives qui ont explosé en supernova. Les étoiles à neutrons en orbite dans des systèmes binaires émettent des ondes gravitationnelles, qui sont des ondulations dans l'espace-temps prédites par la théorie de la relativité générale d'Einstein. Ces ondes suppriment l'énergie orbitale, provoquant le rapprochement des étoiles jusqu'à ce qu'elles finissent par s'écraser et fusionner.

Les théoriciens ont calculé que ces événements seraient si denses en neutrons qu'ils pourraient être responsables de la plupart des rayons cosmiques très riches en neutrons plus lourds que le nickel. Le 17 août, Le télescope spatial Fermi Gamma de la NASA et l'observatoire à ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser de la National Science Foundation ont détecté les premières ondes lumineuses et gravitationnelles provenant du crash d'étoiles à neutrons. Des observations ultérieures des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer indiquent que de grandes quantités d'éléments lourds se sont formées lors de l'événement.

"Il est possible que les fusions d'étoiles à neutrons soient la principale source de charges lourdes, rayons cosmiques riches en neutrons, mais des modèles théoriques différents produisent des quantités différentes d'éléments et de leurs isotopes, " Binns a déclaré. " La seule façon de choisir entre eux est de mesurer ce qui est vraiment là-bas, et c'est ce que nous allons faire avec SuperTIGER."