Nowy instrument badawczy na Antarktydzie. Badano ekstremalne warunki we Wszechświecie
Misja PUEO (Payload for Ultrahigh Energy Observations) to projekt realizowany w ramach programu NASA Astrophysics Pioneers, którego celem jest wykrywanie cząstek o najwyższej energii we wszechświecie. Dane zebrane przez PUEO nie tylko ujawnią pochodzenie i skład promieniowania kosmicznego.
PUEO prowadziło obserwacje nad Antarktyką z wykorzystaniem balonu długotrwałego (LDB). Pokrywa lodowa kontynentu pełniła rolę ogromnego detektora sygnałów radiowych powstających podczas oddziaływań ultraenergetycznych neutrin astrofizycznych przechodzących przez lód.
Oprócz neutrin PUEO rejestrowało także sygnały radiowe generowane przez wysokoenergetyczne deszcze cząstek kosmicznych w atmosferze ziemskiej, zarówno docierające bezpośrednio do instrumentu, jak i odbite od powierzchni lodu. Wysoka czułość instrumentu była efektem postępu technologicznego i optymalizacji konstrukcji dostosowanej do ograniczeń platformy balonowej.
Neutrina o ultra wysokiej energii niosą informacje z najbardziej ekstremalnych obiektów we wszechświecie, takich jak supermasywne czarne dziury, zderzenia gwiazd neutronowych czy inne kosmiczne akceleratory. Ponieważ przemieszczają się niemal bez zakłóceń, pozwalają badać najdalsze i najbardziej energetyczne rejony kosmosu.
PUEO bazowało na doświadczeniach misji Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA), sponsorowanej przez NASA, która w latach 2006–2016 odbyła cztery udane loty. Podobnie jak ANITA, instrument składał się z zestawu anten radiowych, systemu akwizycji danych uruchamianego sygnałami podobnymi do neutrin oraz systemów nawigacji, dowodzenia i kontroli. Z wysokości około 120 tys. stóp PUEO monitorowało ogromną objętość lodu antarktycznego w poszukiwaniu rzadkich oddziaływań neutrin o bardzo wysokiej energii.
Pierwsza misja NASA w ramach programu „Astrophysics Pioneers” wystartowała 20 grudnia 2025 r. z ośrodka NASA Long Duration Balloon Facility w pobliżu stacji McMurdo na Antarktydzie. Po 23 dniach lotu ładunek wylądował około 200 km od bieguna południowego i został w całości odzyskany wraz z nośnikami danych. Analiza zebranych informacji może potrwać nawet rok.
Znaczący wzrost czułości względem ANITA osiągnięto dzięki nowym rozwiązaniom technologicznym i dalszej optymalizacji konstrukcji. Kluczową innowacją był interferometryczny wyzwalacz z układem fazowym, który w czasie rzeczywistym sumował sygnały z wielu anten, umożliwiając wykrywanie słabszych sygnałów neutrinowych i promieniowania kosmicznego.
Powierzchnia zbierająca anten dla częstotliwości powyżej 300 MHz została podwojona względem ANITA, co poprawiło czułość na emisję radiową generowaną przez oddziaływania cząstek. Jednocześnie podniesienie dolnej granicy częstotliwości pozwoliło zmniejszyć rozmiary anten i dostosować instrument do ograniczonej przestrzeni startowej.
Regolit księżycowy jako detektor promieniowania kosmicznego
PUEO wyposażono także w nowy instrument niskoczęstotliwościowy czuły do 50 MHz, przeznaczony do obserwacji rozległych deszczów powietrznych wywoływanych przez promienie kosmiczne i potencjalnie neutrina. Instrument był uruchamiany po osiągnięciu wysokości przelotowej, ponieważ w konfiguracji startowej był zbyt duży, by zmieścić się w dopuszczalnej objętości platformy balonowej.
Technologie opracowane na potrzeby PUEO mogą znaleźć zastosowanie także w przyszłych misjach wykorzystujących regolit księżycowy jako detektor promieniowania kosmicznego o bardzo wysokich energiach oraz w innych planowanych radiowych misjach księżycowych.
Źródło: NASA
Czytaj też: Włosi budują przyszłość na Księżycu. Projekt habitatów wchodzi w kluczową fazę
Grafika tytułowa: Jay Ruzesky / Unsplash
