Vào năm 2012, đài quan sát từ khinh khí cầu được gọi là Máy ghi yếu tố thiên hà siêu sắt (SuperTIGER) đã lên bầu trời để thực hiện các quan sát tầm cao của Tia vũ trụ thiên hà (GCR). Tiếp nối truyền thống của người tiền nhiệm (TIGER), SuperTiger đã lập kỷ lục mới sau khi hoàn thành chuyến bay kéo dài 55 ngày qua Nam Cực - diễn ra trong khoảng thời gian từ tháng 12 năm 2012 đến tháng 1 năm 2013.
Vào ngày 16 tháng 12 năm 2019, sau nhiều lần phóng, đài quan sát đã lên không trung một lần nữa và đi qua Nam Cực hai lần trong không gian chỉ ba tuần rưỡi. Giống như người tiền nhiệm của nó, SuperTIGER là một nỗ lực hợp tác được thiết kế để nghiên cứu các tia vũ trụ - proton năng lượng cao và hạt nhân nguyên tử - có nguồn gốc bên ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta và đi xuyên qua không gian với tốc độ ánh sáng.
Chương trình SuperTIGER là một nỗ lực hợp tác giữa Đại học Washington ở St. Louis, Đại học Minnesota và Trung tâm bay không gian Goddard của NASA (GSFC) và Phòng thí nghiệm sức đẩy phản lực tại Viện Công nghệ California (Caltech). Thiết bị sinh ra từ ballon này được thiết kế để nghiên cứu loại tia vũ trụ hiếm có bao gồm hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố nặng.
Mục tiêu cuối cùng là tìm hiểu các tia này có thể đạt được tốc độ như thế nào và chỉ bằng tốc độ ánh sáng, cũng như kiểm tra mô hình mới nổi nơi các tia vũ trụ được cho là bắt nguồn từ các cụm lỏng lẻo chứa các ngôi sao lớn, trẻ. Như Brian Rauch - một giáo sư trợ lý tại Đại học Washington và là nhà điều tra chính cho SuperTIGER - giải thích, chìa khóa thành công là thời gian:
Tầm quan trọng của việc quan sát của chúng tôi tăng theo số lượng sự kiện chúng tôi quan sát cơ bản theo tuyến tính theo thời gian, vì vậy chúng tôi chỉ đơn giản muốn có một chuyến bay càng dài càng tốt để tối đa hóa số liệu thống kê của dữ liệu được thu thập. Một ngày của dữ liệu là một sự tiến bộ nhỏ, và chúng ta chỉ cần gục đầu xuống và tiếp tục nghiền nát.
Tóm lại, các tia vũ trụ là các hạt năng lượng có nguồn gốc từ Mặt trời của chúng ta, từ các ngôi sao khác trong thiên hà và từ các thiên hà khác hoàn toàn. Loại phổ biến nhất, chiếm khoảng 90% tất cả các tia được các nhà khoa học phát hiện, bao gồm các hạt proton hoặc hydro trong khi hạt nhân helium và electron xếp thứ hai và thứ ba (lần lượt chiếm 8% và 1%).
1% còn lại bao gồm các hạt nhân của các nguyên tố nặng hơn như sắt, làm giảm tính phổ biến tùy thuộc vào khối lượng của chúng. Với SuperTIGER, nhóm nghiên cứu đang tìm kiếm loại hiếm nhất trong số tất cả, hạt nhân tia vũ trụ siêu nặng, nặng hơn sắt - từ coban đến bari. Những yếu tố này được hình thành trong lõi của các ngôi sao lớn, sau đó được phân tán vào không gian khi các ngôi sao đi siêu tân tinh.
Vụ nổ cũng dẫn đến một vụ nổ neutron ngắn nhưng dữ dội có thể hợp nhất với hạt nhân sắt, phân rã thành các proton và tạo ra các nguyên tố nặng hơn. Sóng xung kích do vụ nổ tạo ra cũng tác động và gia tốc các hạt này cho đến khi chúng trở thành các tia vũ trụ năng lượng cao chuyển động nhanh. Như John Mitchell, đồng điều tra viên dẫn đầu nhiệm vụ tại Trung tâm bay vũ trụ NASA God Goddard, đã giải thích:
Các yếu tố nặng, như vàng trong đồ trang sức của bạn, được sản xuất thông qua các quy trình đặc biệt trong các ngôi sao và SuperTIGER nhằm mục đích giúp chúng tôi hiểu cách thức và nơi điều này xảy ra. Chúng tôi tất cả đều là sao, nhưng tìm ra nơi và cách thức sao này được tạo ra giúp chúng tôi hiểu rõ hơn về thiên hà của chúng tôi và vị trí của chúng tôi trong đó.
Khi các tia này tấn công bầu khí quyển Trái đất, chúng phát nổ và tạo ra các hạt mưa thứ cấp, một số trong số đó tiếp cận các máy dò hạt trên mặt đất. Trong nhiều năm, các nhà khoa học đã sử dụng các phát hiện này để suy ra tính chất của tia vũ trụ ban đầu. Chúng cũng tạo ra hiệu ứng nền gây nhiễu, đó là lý do tại sao các thiết bị trong không khí có hiệu quả hơn nhiều trong việc nghiên cứu chúng.
Bằng cách bay đến độ cao 40.000 mét (130.000 ft) trên mực nước biển, SuperTIGER và bóng bay khoa học tương tự có thể nổi trên 99,5% bầu khí quyển. Sau nhiều lần trì hoãn liên quan đến thời tiết, chuyến bay SuperTIGER-2 đã bắt đầu vào ngày 16 tháng 12 năm 2019 trong nửa đêm về sáng, sau đó là khinh khí cầu hoàn thành cuộc cách mạng hoàn toàn đầu tiên ở Nam Cực vào ngày 31 tháng 12.
Ngoài ra, nhóm nhiệm vụ đã phải đối phó với một số trục trặc kỹ thuật, trong đó bao gồm các vấn đề với nguồn điện và lỗi máy tính đã loại bỏ một trong các mô-đun máy dò sớm trong chuyến bay. Mặc dù vậy, nhóm nghiên cứu đã có được khinh khí cầu trong Văn phòng Chương trình Khinh khí cầu của NASA gọi là một vụ phóng hoàn hảo hình ảnh. Như Rauch đã nêu trong một thông cáo báo chí của Đại học ngay trước khi ra mắt:
Sau ba mùa ở Nam Cực - với 19 lần phóng, hai lần phóng và một lần phục hồi trọng tải từ trường đường nứt - thật tuyệt vời khi SuperTIGER-2 cuối cùng cũng đạt được độ cao nổi và bắt đầu thu thập dữ liệu khoa học. Mùa thứ ba là sự quyến rũ!
Như đã lưu ý, chuyến bay SuperTIGER-1 (2012-13) đã phá vỡ các kỷ lục khinh khí cầu bằng cách duy trì hoạt động trong tổng cộng 55 ngày. Nhiệm vụ này sẽ không thử thách kỷ lục đó và do các vấn đề kỹ thuật mà nhóm gặp phải, họ dự đoán rằng SuperTIGER-2 sẽ thu thập khoảng 40% số liệu thống kê đạt được trong chuyến bay đầu tiên.
Với cuộc cách mạng thứ hai trên khắp lục địa đã hoàn tất, nhóm nghiên cứu đang chờ thời tiết để xác định khi nào nhiệm vụ sẽ kết thúc. vào cuối cuộc cách mạng thứ hai của chúng tôi trên khắp lục địa, Rau nói.
Như với tất cả các bí ẩn vũ trụ, chìa khóa thực sự để giải quyết chúng là sự kiên nhẫn lỗi thời!
