Fort Sumner, New Mexico’daki bir ekip, en yüksek enerjili ışığın bir türü olan gama ışınlarını tespit etmek için yeni teknolojileri test edecek olan ComPair adlı balonla taşınabilir bir bilim aracının uçuşuna hazırlanıyor.
ComPair, NASA’nın 10 Ağustos Perşembe günü hava durumu elverişli olduğunda başlayacak olan 2023 sonbahar bilimsel balon kampanyasında erken uçacak.
“ComPair’in tasarlandığı enerji aralığında ilginç birçok bilimsel çalışma gerçekleşiyor,” diyen Nicholas Kirschner, George Washington Üniversitesi’nde doktora öğrencisi olan ve Washington’da NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde çalışan bir üye. “Bu gama ışınlarını mevcut yöntemlerle yakalamak zor, bu yüzden yeni yöntemler oluşturup test etmemiz gerekiyor. ComPair’in uçuşu bizi benzer bir dedektörü uzaya yerleştirmeye bir adım daha yaklaştırıyor.”
ComPair, 200.000 ila 20 milyon elektron volt arasındaki enerjilere sahip gama ışınlarını tespit eder. Karşılaştırma yapmak gerekirse, görünür ışığın enerjisi 2 ila 3 elektron volt arasındadır.
Süpernovae ve gamma ışını patlamaları, bu enerji aralığında en parlak şekilde parlar. Ayrıca astronomlar en büyük ve uzak aktif galaksilerin en güçlü parlaklığını bu enerji aralığından bekliyorlar, ki bunlar canavar kara delikler tarafından güçlendirilir. Ancak mevcut görevler bu aralığı iyi kapsamıyor, bu nedenle gelecekteki ComPair ilhamlı araçlar astronomların bilgisindeki önemli boşlukları doldurabilir.
Dünya’nın atmosferi, uzaydan gelen yüksek enerjili radyasyonun çoğunu filtreler – bu insanlar için iyi olsa da yeni gama ışını teknolojilerini test etmeyi zorlaştırır. ComPair’in çözümü, bilimsel bir balon üzerinde yaklaşık 40.000 metre yüksekliğe yükselmektir, bu da atmosferin %99.5’inden yukarıda bir konuma getirir.
ComPair, Goddard’da inşa edildikten ve test edildikten sonra, misyon ekibi onu Fort Sumner’a gönderdi. Orada, enstrümanı açtılar, yeniden monte ettiler ve yeniden kalibre ettiler.
ComPair, New Hampshire Üniversitesi tarafından yönetilen GRAPE (Gamma-Ray Polarimeter Experiment) adlı başka bir misyonla birlikte uçacak. ComPair ve GRAPE gondolaya, bilimsel balona takılacak çerçeve ile birlikte monte edildikten sonra ekipler fırlatma için hazırlık yapabilirler.
ComPair adını, gama ışınlarını incelemek için kullandığı iki yöntemden alır: Compton saçılma ve çift üretim. Compton saçılmasında, ışık bir parçaya, örneğin bir elektrona çarparak ona bir miktar enerji transfer eder. Çift üretim, bir gama ışınının bir atomun çekirdeğini sıyırarak bir çift parçacığa dönüşmesiyle meydana gelir – bir elektron ve onun karşıt antimadde karşıtı, bir pozitron.
“Gama ışınları geleneksel bir teleskop tarafından tespit edilecek kadar yüksek enerjilidir – ışık aynanın atomları arasından direkt geçer,” dedi Goddard’dan ComPair proje yöneticisi Regina Caputo. “Bunun yerine, enstrümanımız üst üste yerleştirilmiş farklı türde elementler ve bileşikler katmanları kullanır. Gama ışınları enstrümandan geçerken, enerjilerine bağlı olarak farklı katmanlarla etkileşime girer.”
Enstrümanın dört ana bileşeni vardır: Gelen gama ışınlarının pozisyonunu belirleyen 10 kat silikon dedektör içeren bir izleyici. Cadmium, çinko ve tellüridten yapılmış yüksek çözünürlüklü bir kalorimetre, düşük enerjili Compton saçılmış gama ışınlarını ve bazı elektron-pozitron çiftlerini hassas bir şekilde ölçer. Cesium iyodürden yapılmış yüksek enerji kalorimetre, çoğunlukla elektron-pozitron çiftlerini ve aynı zamanda bazı Compton saçılmış gama ışınlarını ölçer. Yüksek enerjili yüklü parçacıkların girişini belirleyen bir karşıt etkileşme dedektörü olan kozmik ışınlar.
“Kozmik ışınlar evrendeki her yerdedir – her an her gün Dünya’nın atmosferinin her bölümüyle çarpışır. Aynı zamanda uzay araçlarına da çarparlar, gama ışını görevleri de dahil,” diye açıklıyor Washington’daki ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı’ndan (NRL) araştırma fizikçisi Richard Woolf. “Yüklü oldukları için kozmik ışınlar, gamma ışını dedektörlerini, gelecekteki ComPair ilhamlı olanları da dahil olmak üzere, tetikleyebilir. Bu nedenle kozmik ışınları filtrelemek için karşıt etkileşme dedektörlerine ihtiyaç duyarız.”
ComPair, Goddard, NRL, Upton, New York’taki Brookhaven Ulusal Laboratuvarı ve New Mexico’daki Los Alamos Ulusal Laboratuvarı arasında bir işbirliğidir.
NASA’nın bilimsel balonları, astrofizik, heliyofizik ve atmosfer araştırmaları gibi alanlarda bilimsel araştırmalar ve teknoloji olgunlaştırmak için sık, düşük maliyetli erişim sağlar ve aynı zamanda mühendislik ve bilimdeki liderlerin geleceğini eğitir. 2023 Fort Sumner sonbahar kampanyasındaki görevleri takip etmek için Columbia Bilimsel Balon Tesisleri (CSBF) web sitesini ziyaret ederek balonun uçuş sırasındaki yükseklik ve GPS konumuyla ilgili gerçek zamanlı güncellemeleri alabilirsiniz.
NASA’nın Wallops Uçuş Tesisi, Virginia, ajansın bilimsel balon uçuş programını dünya genelindeki fırlatma alanlarından yılda 10 ila 15 uçuşla yönetir. Texas’taki CSBF’i işleten Peraton, NASA’nın bilimsel balon programı için görev planlaması, mühendislik hizmetleri ve saha operasyonları sağlar. CSBF ekibi, 40 yıl boyunca 1700’den fazla bilimsel balon fırlattı. NASA’nın balonları Aerostar tarafından üretilir. NASA Bilimsel Balon Programı, NASA Genel Merkezi Bilim Misyonu Direktörlüğü Astrofizik Bölümü tarafından finanse edilmektedir.