En 2012, l'observatoire embarqué connu sous le nom de Super Transger Iron Galactic Element Recorder (SuperTIGER) a pris son envol pour effectuer des observations à haute altitude des rayons cosmiques galactiques (GCR). Poursuivant dans la tradition de son prédécesseur (TIGER), SuperTiger a établi un nouveau record après avoir effectué un vol de 55 jours au-dessus de l'Antarctique - qui s'est produit entre décembre 2012 et janvier 2013.
Le 16 décembre 2019, après plusieurs tentatives de lancement, l'observatoire a repris son vol et a survolé l'Antarctique à deux reprises en l'espace de trois semaines et demie seulement. Comme son prédécesseur, SuperTIGER est un effort de collaboration conçu pour étudier les rayons cosmiques - protons de haute énergie et noyaux atomiques - qui proviennent de l'extérieur de notre système solaire et voyagent dans l'espace à une vitesse proche de la vitesse de la lumière.
Le programme SuperTIGER est un effort de collaboration entre l'Université de Washington à St. Louis, l'Université du Minnesota et le Goddard Space Flight Center (GSFC) de la NASA et le Jet Propulsion Laboratory du California Institute of Technology (Caltech). Cet instrument né sur ballon est conçu pour étudier le type rare de rayons cosmiques qui se composent des noyaux atomiques d'éléments lourds.
L'objectif ultime est d'apprendre où et comment ces rayons peuvent atteindre des vitesses légèrement inférieures à la vitesse de la lumière, ainsi que de tester le modèle émergent où les rayons cosmiques proviendraient d'amas lâches contenant de jeunes étoiles massives. Comme l'a expliqué Brian Rauch - professeur adjoint à l'Université de Washington et chercheur principal de SuperTIGER, la clé du succès est le temps:
«L'importance de notre observation augmente avec le nombre d'événements que nous observons essentiellement linéairement avec le temps, nous voulons donc simplement avoir un vol aussi long que possible pour maximiser les statistiques des données collectées. Une journée de données est un petit progrès, et nous n'avons qu'à baisser la tête et continuer à travailler. »
Pour récapituler, les rayons cosmiques sont des particules énergétiques qui proviennent de notre Soleil, d'autres étoiles de la galaxie et d'autres galaxies. Le type le plus courant, qui représente environ 90% de tous les rayons détectés par les scientifiques, est constitué de protons ou de noyaux d'hydrogène, tandis que les noyaux d'hélium et les électrons occupent les deuxième et troisième rangs (respectivement 8% et 1%).
Le 1% restant est constitué des noyaux d'éléments plus lourds comme le fer, dont la similitude diminue en fonction de leur masse. Avec SuperTIGER, l'équipe de recherche recherche le type le plus rare de tous, les noyaux de rayons cosmiques «ultra-lourds» qui sont plus lourds que le fer - du cobalt au baryum. Ces éléments sont formés dans les noyaux d'étoiles massives, qui sont ensuite dispersés dans l'espace lorsque les étoiles deviennent supernova.
Les explosions entraînent également une explosion courte mais intense de neutrons qui peuvent fusionner avec des noyaux de fer, se désintégrer en protons et créer des éléments plus lourds. L'onde de choc produite par l'explosion emprisonne et accélère également ces particules jusqu'à ce qu'elles deviennent des rayons cosmiques de haute énergie à déplacement rapide. Comme John Mitchell, co-investigateur principal de la mission au Goddard Space Flight Center de la NASA, a expliqué:
«Les éléments lourds, comme l'or dans vos bijoux, sont produits par des procédés spéciaux dans les étoiles, et SuperTIGER vise à nous aider à comprendre comment et où cela se produit. Nous sommes tous des poussières d'étoiles, mais découvrir où et comment ces poussières d'étoiles sont fabriquées nous aide à mieux comprendre notre galaxie et notre place à l'intérieur. "
Lorsque ces rayons frappent l'atmosphère terrestre, ils explosent et produisent des averses de particules secondaires, dont certaines atteignent des détecteurs au sol. Pendant de nombreuses années, les scientifiques ont utilisé ces détections pour déduire les propriétés du rayon cosmique d'origine. Ils produisent également un effet de fond gênant, c'est pourquoi les instruments aéroportés sont beaucoup plus efficaces pour les étudier.
En volant à une altitude de 40 000 mètres (130 000 pieds) au-dessus du niveau de la mer, SuperTIGER et des ballons scientifiques similaires sont capables de flotter au-dessus de 99,5% de l'atmosphère. Après plusieurs retards liés aux conditions météorologiques, le vol SuperTIGER-2 a commencé le 16 décembre 2019 aux petites heures du matin, suivi par le ballon achevant sa première révolution complète de l'Antarctique le 31 décembre.
De plus, l'équipe de la mission a dû faire face à certains problèmes techniques, notamment des problèmes d'alimentation électrique et une panne d'ordinateur qui a éliminé l'un des modules de détection au début du vol. Malgré cela, l'équipe a fait voler le ballon dans ce que le Bureau du programme des ballons de la NASA a appelé un «lancement parfait». Comme Rauch l'a déclaré dans un communiqué de presse de l'Université juste avant le lancement:
«Après trois saisons en Antarctique - avec 19 tentatives de lancement, deux lancements et une récupération de la charge utile dans un champ de crevasse - il est merveilleux que SuperTIGER-2 atteigne enfin l'altitude de flottement et commence à collecter des données scientifiques. La troisième saison est le charme! ”
Comme indiqué, le vol SuperTIGER-1 (2012-13) a battu des records scientifiques en montgolfière en restant à flot pendant 55 jours au total. Cette mission ne tentera pas de défier ce record et en raison des problèmes techniques rencontrés par l'équipe, ils prévoient que SuperTIGER-2 collectera environ 40% des statistiques obtenues avec le premier vol.
Avec sa deuxième révolution autour du continent maintenant terminée, l'équipe attend maintenant la météo pour déterminer quand la mission se terminera. "La façon dont les vents stratosphériques circulent cette saison, notre vol sera interrompu lorsque le ballon survolera un endroit approprié à la fin de notre deuxième révolution autour du continent », a déclaré Rauch.
Comme pour tous les mystères cosmiques, la vraie clé pour les résoudre est une bonne patience à l'ancienne!
