Nuevo instrumento para capturar polvo de estrellas como parte de la misión de la NASA

Los científicos e ingenieros de CU Boulder pronto participarán en un esfuerzo para recolectar algo de polvo estelar: los pequeños trozos de materia que fluyen a través de la Vía Láctea y que alguna vez fueron los componentes iniciales de nuestro sistema solar.

La búsqueda es parte de la misión de la Sonda de Aceleración y Mapeo Interestelar (IMAP) de la NASA para explorar nuestro vecindario solar, decodificando mensajes en partículas del Sol y más allá de nuestro escudo cósmico. Desde 2018, un equipo del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de CU Boulder ha liderado el desarrollo de uno de los 10 instrumentos científicos de la misión.

Esta semana, el equipo cargó cuidadosamente el instrumento, conocido como Experimento de Polvo Interestelar (IDEX), en un camión de reparto. El instrumento, que tiene forma de gran tambor y pesa 47 kilogramos, irá al Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins en Maryland. Allí, los ingenieros comenzarán el proceso de instalación de IDEX en la nave espacial IMAP.

IDEX es el primer instrumento IMAP que llega a Maryland. Durante el transcurso de la misión de dos años, IDEX detectará y analizará en detalle la composición de cientos de partículas de polvo interestelar. Estas partículas fluyen hacia nuestro sistema solar desde las vastas extensiones de espacio entre las estrellas o el medio interestelar. IDEX también detectará miles de partículas de polvo interplanetario emitidas por cometas y asteroides.

Los granos interestelares están tan extendidos que el instrumento sólo puede recolectar unos pocos cientos de ellos durante su vida. Pero cada pequeña mota de polvo interestelar contiene un tesoro de información.

«Estas partículas de polvo nacieron en explosiones de supernovas, la mayoría de ellas fueron alteradas mientras viajaban por el espacio interestelar, pero siguen siendo el material más cercano que tenemos para comprender los bloques de construcción originales del sistema solar», dijo Mihály Horányi, investigador principal de IDEX y profesor de LASP y del Departamento de Física de CU Boulder. «Detectarlos y analizarlos en el espacio abre una nueva ventana al universo».

IMAP, dirigido por la Universidad de Princeton, está programado para lanzarse en la primavera de 2025 y viajará aproximadamente 1 millón de millas hasta un punto en el espacio entre la Tierra y el Sol llamado Punto 1 de Lagrange.

Durante la misión, IDEX abrirá su respiradero de aproximadamente 20 pulgadas de ancho para capturar el polvo que pasa, un poco como una ballena jorobada capturando krill. El instrumento registrará qué tan rápido viajan estas partículas y dónde y de qué están hechas.

Raquel Arens, que trabaja en operaciones misioneras en IDEX, explicó que el instrumento es el resultado de años de trabajo de un equipo de profesionales y estudiantes de LASP – incluyendo muchas trasnochadas y trasnochadas.

«Lo que nosotros como equipo y LASP hemos logrado es increíble», dijo Arens, asistente de investigación profesional de LASP.

Rápido y furioso

Dan Baker, director de LASP, añadió que el instituto tiene un largo legado de llevar una lupa al polvo del universo, a menudo olvidado. Un equipo de LASP diseñó y construyó previamente un instrumento similar llamado SUrface Dust Analyzer (SUDA). SUDA es parte de la misión Europa Clipper de la NASA, cuyo lanzamiento está previsto para finales de este año desde Europa, la luna de Júpiter. El contador de polvo para estudiantes de LASP se lanzó en la misión New Horizons en 2006 y ahora está explorando las afueras de nuestro sistema solar.

«Proseguir la investigación del polvo cósmico fue uno de los mayores logros de LASP», dijo Baker. «Durante casi dos décadas, el equipo de LASP ha perfeccionado y avanzado técnicas de detección para permitir mediciones verdaderamente sorprendentes que revolucionan nuestra comprensión del origen y la evolución de nuestro sistema solar y el vasto cosmos».

Atrapar polvo en el espacio no es una tarea fácil, afirmó Scott Tucker, director de proyectos de IDEX. Como las partículas de polvo interestelar son tan raras, él y sus colegas tuvieron que fabricar el instrumento unas dos veces y media más grande que el SUDA: cuanto más grande es la boca, más partículas se pueden capturar.

Cada mota de polvo, que probablemente será rica en los elementos silicio y carbono, puede medir sólo unas pocas millonésimas de pulgada de ancho. Pero algunos también viajarán a velocidades superiores a las 100.000 millas por hora.

A medida que estos granos colisionan con la parte posterior de IDEX, se vaporizarán instantáneamente en una nube de iones, que el instrumento recolectará y analizará.

«El principal desafío con IDEX ha sido lo que los ingenieros llaman 'rango dinámico'», dijo Tucker. «Tenemos que tomar partículas grandes y muy rápidas y partículas más pequeñas y lentas y medirlas con el mismo instrumento».

Hasta la fecha, añadió, los científicos sólo han podido capturar y estudiar unas pocas docenas de granos de polvo interestelar, lo que hace que cada nuevo descubrimiento de IDEX sea valioso.

«Estos son pequeños paquetes de información de hace mucho tiempo y de muy, muy lejos», dijo Tucker.

Buen viaje

Añadió que IDEX no habría salido de Colorado, y mucho menos al espacio, sin las contribuciones de estudiantes y profesionales que inician su carrera.

Arens es uno de esos investigadores en ciernes. Obtuvo su título universitario en astrofísica de CU Boulder en 2020 y se unió a LASP en 2023. Se aseguró de que IDEX funcionara correctamente mientras los ingenieros lo ejecutaban a través de una serie de pruebas. Esto incluyó disparar pequeños trozos de minerales que representan materia interestelar al instrumento utilizando una máquina en el campus llamada acelerador de polvo.

También es una de las 87 personas que viajarán ceremoniosamente al espacio junto a IDEX: el instrumento lleva una placa grabada con los nombres de muchos de los miembros del equipo que han trabajado en él a lo largo de los años.

«Es sorprendente ver a todos estos ingenieros trabajando juntos, trabajando hasta tarde, resolviendo problemas y avanzando continuamente con una actitud positiva», dijo Arens.