NASA misyonunun bir parçası olarak yıldız tozunu yakalamak için yeni araç

CU Boulder’daki bilim insanları ve mühendisler, yakında, Samanyolu Galaksisinde akan ve bir zamanlar güneş sistemimizin ilk yapı taşları olan küçük madde parçacıkları olan bir miktar yıldız tozu toplama çabasına katılacak.

Bu takip, NASA’nın güneş mahallemizi keşfetmeye yönelik Yıldızlararası Haritalama ve Hızlandırma Araştırması (IMAP) misyonunun bir parçası; güneşten ve kozmik kalkanımızın ötesinden gelen parçacıklardaki mesajların kodunu çözüyor. CU Boulder’daki Atmosfer ve Uzay Fiziği Laboratuvarı’ndan (LASP) bir ekip, 2018’den beri misyonun 10 bilimsel aracından birinin geliştirilmesine öncülük ediyor.

Bu hafta ekip, Yıldızlararası Toz Deneyi (IDEX) olarak bilinen cihazı dikkatli bir şekilde bir teslimat kamyonuna yükledi. Büyük bir davul şeklinde olan ve 47 pound ağırlığındaki cihaz, Maryland’deki Johns Hopkins Üniversitesi Uygulamalı Fizik Laboratuvarı’na gidecek. Orada mühendisler IDEX’i IMAP uzay aracına kurma sürecine başlayacaklar.

IDEX, Maryland’e ulaşan ilk IMAP aracıdır. İki yıllık görev boyunca IDEX, yüzlerce yıldızlararası toz parçacığının bileşimini çok detaylı bir şekilde tespit edip analiz edecek. Bu parçacıklar yıldızlar arasındaki geniş uzaydan veya yıldızlararası ortamdan güneş sistemimize akar. IDEX ayrıca kuyruklu yıldızlardan ve asteroitlerden saçılan binlerce gezegenler arası toz parçacığını da tespit edecek.

Yıldızlararası taneler o kadar ince yayılmıştır ki, alet ömrü boyunca yalnızca birkaç yüz tanesini toplayabilmektedir. Ancak yıldızlararası tozun her küçük zerresi bir bilgi hazinesi barındırır.

Müdür Mihály Horányi, “Bu toz parçacıkları süpernova patlamalarında doğdu, çoğu yıldızlararası uzayda yolculuk ederken değişti, ancak bunlar hâlâ güneş sisteminin orijinal yapı taşlarını anlamak için sahip olduğumuz en yakın malzeme” dedi. IDEX araştırmacısı ve LASP’de ve CU Boulder Fizik Bölümü’nde profesör. “Onları uzayda tespit etmek ve analiz etmek, evrene yeni bir pencere açıyor.”

Princeton Üniversitesi tarafından yönetilen IMAP’in 2025 baharında fırlatılması planlanıyor ve uzayda Dünya ile güneş arasındaki Lagrange Noktası 1 adı verilen bir noktaya kadar yaklaşık 1 milyon mil yolculuk yapacak.

Görev sırasında IDEX, bir kambur balinanın krilleri kepçeyle toplaması gibi, yakınlaşıp uzaklaşan tozu yakalamak için yaklaşık 20 inç genişliğindeki açıklığını açacak. Cihaz, bu parçacıkların ne kadar hızlı hareket ettiğini, nereden ve neyden yapıldıklarını kaydedecek.

IDEX için görev operasyonları üzerinde çalışan Raquel Arens, enstrümanın LASP’deki profesyonellerden ve öğrencilerden oluşan bir ekibin uzun yıllar boyunca gece geç saatlerde ve sabahın erken saatlerinde yaptığı çalışmaların sonucu olduğunu açıkladı.

LASP’de profesyonel bir araştırma asistanı olan Arens, “Ekip olarak LASP olarak başardıklarımız inanılmaz” dedi.

Hızlı ve Öfkeli

LASP direktörü Dan Baker, enstitünün evrenin sıklıkla gözden kaçan tozuna büyüteç tutma konusunda uzun bir mirasa sahip olduğunu ekledi. LASP’deki bir ekip daha önce Yüzey Toz Analizörü (SUDA) adı verilen benzer bir cihazı tasarladı ve üretti. SUDA, bu yılın sonlarında Jüpiter’in uydusu Europa’ya fırlatılması planlanan NASA’nın Europa Clipper Misyonu’nun bir parçası. LASP’nin Öğrenci Toz Sayacı 2006 yılında Yeni Ufuklar misyonuyla fırlatıldı ve şu anda güneş sistemimizin dış kısımlarını araştırıyor.

Baker, “Kozmik toz araştırmasını sürdürmek LASP’nin en büyük başarılarından biri olmuştur” dedi. “Yaklaşık yirmi yıl boyunca LASP ekibi, güneş sistemimizin ve ötesindeki geniş evrenin kökeni ve evrimi hakkındaki anlayışımızda devrim yaratan gerçekten şaşırtıcı ölçümlere olanak sağlayacak şekilde algılama tekniklerini geliştirdi ve geliştirdi.”

IDEX proje yöneticisi Scott Tucker, tozu uzayda hapsetmenin kolay bir iş olmadığını söyledi. Yıldızlararası toz parçacıkları çok nadir olduğu için kendisi ve meslektaşları, aleti SUDA’dan kabaca iki buçuk kat daha büyük yapmak zorunda kaldı; ağız ne kadar büyük olursa, yakalayabileceğiniz parçacık sayısı da o kadar fazla olur.

Muhtemelen silikon ve karbon elementleri açısından zengin olacak olan her bir toz tanesi, bir inçin yalnızca birkaç milyonda biri kadar bir genişliğe sahip olabilir. Ancak bazıları saatte 100.000 milin çok üzerinde hızlarda seyahat edecek.

Bu tanecikler IDEX’in arkasına çarptığında anında buharlaşarak bir iyon bulutuna dönüşecek ve cihaz daha sonra bunları toplayıp analiz edecek.

Tucker, “IDEX’teki asıl zorluk, mühendislerin ‘dinamik aralık’ dediği şeydi” dedi. “Hem gerçekten hızlı ve büyük parçacıkları, hem de daha küçük ve daha yavaş parçacıkları alıp aynı cihazla ölçmeliyiz.”

Bugüne kadar bilim adamlarının yalnızca birkaç düzine yıldızlararası toz tanesini yakalayıp inceleyebildiklerini, bu da IDEX’in her yeni bulgusunu değerli kıldığını ekledi.

Tucker, “Bunlar uzun zaman öncesinden ve çok çok uzaklardan gelen küçük bilgi paketleri” dedi.

İyi yolculuklar

IDEX’in, öğrencilerin ve kariyerinin başındaki profesyonellerin katkıları olmadan bırakın uzaya gitmeyi, Colorado’dan bile çıkamayacağını ekledi.

Arens bu yetişen araştırmacılardan biri. Astrofizik alanında lisans derecesini 2020 yılında CU Boulder’dan aldı ve 2023’te LASP’ye katıldı. Mühendisler onu bir dizi testten geçirirken IDEX’in doğru çalıştığından emin oldu. Bu, kampüsteki toz hızlandırıcı adı verilen bir makineyi kullanarak yıldızlararası maddeyi temsil eden küçük mineral parçalarını cihaza çekmeyi de içeriyordu.

Aynı zamanda IDEX ile birlikte törenle uzaya seyahat edecek 87 kişiden biri; enstrüman, yıllar boyunca üzerinde çalışan ekip üyelerinin çoğunun isimlerinin kazındığı bir plaket taşıyor.

Arens, “Tüm bu mühendislerin birlikte çalışmasını, geç saatlere kadar çalışmasını, sorunu çözmesini ve sürekli olarak olumlu bir tavırla ilerlemeye devam etmesini izlemek şaşırtıcı” dedi.