Ko se velika zvezda ob koncu življenjske dobe gravitacijsko zruši, je pogosto posledica nevtronska zvezda. To je tisto, kar ostane, ko so se zunaj plasti zvezde raznesle v množični eksploziji (tj. Supernovi) in se jedro stisnilo do skrajne gostote. Nato se hitrost vrtenja zvezde znatno poveča, in kjer oddajajo žarke elektromagnetnega sevanja, postanejo "pulsari".
In zdaj, 50 let po tem, ko jih je prvič odkril britanski astrofizik Jocelyn Bell, naj bi bila postavljena prva misija, namenjena preučevanju teh predmetov. Znan je kot raziskovalec notranje kompozicije Neutron Star (NICER), dvodelni poskus, ki ga bodo na Mednarodno vesoljsko postajo namestili to poletje. Če bo vse v redu, bo ta platforma osvetlila eno največjih astronomskih skrivnosti in preizkusila nove tehnologije.
Astronomi že skoraj stoletje preučujejo nevtronske zvezde, kar je dalo nekaj zelo natančnih meritev njihovih mas in polmerov. Vendar, kaj se dejansko zgodi v notranjosti nevtronske zvezde, ostaja trajna skrivnost. Čeprav so bili izpopolnjeni številni modeli, ki opisujejo fiziko, ki ureja njihovo notranjost, še vedno ni jasno, kako bi se zadeva obnašala v teh vrstah pogojev.
Ni presenetljivo, saj nevtronske zvezde običajno držijo približno 1,4-krat večjo maso našega Sonca (ali 460 000-krat večjo od mase Zemlje) znotraj prostornine, ki je velikost mesta. Takšne situacije, ko je veliko količine snovi zbrano v zelo majhnem volumnu - kar ima za posledico drobljenje gravitacije in neverjetno gostoto snovi - ni videti nikjer drugje v vesolju.
Kot je v nedavni izjavi za tisk NASA pojasnil Keith Gendreau, znanstvenik iz Nasinega centra za vesoljske polete Goddard:
"Narava snovi v teh pogojih je že desetletja nerešena težava. Teorija je izpopolnila množico modelov za opis fizike, ki ureja notranjost nevtronskih zvezd. Z NICER-om lahko te teorije končno preizkusimo z natančnimi opažanji. "
NICE je razvil Nasin center za vesoljske polete Goddard s pomočjo Massachusetts Institute of Technology (MIT), Naval Research Laboratory ter univerz po ZDA in Kanadi. Sestavljen je iz aparata velikosti hladilnika, ki vsebuje 56 rentgenskih teleskopov in silicijevih detektorjev. Čeprav je bila prvotno predvidena namestitev pozno leta 2016, je zagon okno na voljo šele letos.
Ko je nameščen kot zunanji uporabni tovor na krovu ISS, bo v 18 mesecih zbral podatke o nevtronskih zvezdah (predvsem pulsarjih) z opazovanjem nevtronskih zvezd v rentgenskem pasu. Čeprav te zvezde oddajajo sevanje po celotnem spektru, je verjetno, da so rentgenska opazovanja najbolj obetavna, ko gre za razkritje stvari o njihovi zgradbi in različnih visokoenergetskih pojavih, povezanih z njimi.
Sem spadajo zvezdni potresi, termonuklearne eksplozije in najmočnejša magnetna polja, znana v vesolju. V ta namen bo NICER zbiral rentgenske žarke, ustvarjene iz magnetnih polj in magnetnih polov teh zvezd. To je ključno, saj prav na polovicah jakost magnetnih polj nevtronske zvezde povzroči, da se delci ujamejo in padajo na površino, kar ustvarja rentgenske žarke.
V pulsarjih ravno ta intenzivna magnetna polja povzročijo, da energijski delci postanejo usmerjeni žarki sevanja. Ti prameni so tisti, ki pulsarjem dajejo svoje ime, saj se zaradi vrtenja zvezde pojavljajo kot utripa (ki jim daje videz, podoben "svetilniku"). Kot so opazili fiziki, so ta pulzacija predvidljiva, zato jih je mogoče uporabiti na enak način, kot so atomske ure in sistem globalnega pozicioniranja tukaj na Zemlji.
Medtem ko je primarni cilj NICER-a znanost, ponuja tudi možnost preizkušanja novih oblik tehnologije. Na primer, instrument bo uporabljen za izvedbo prve demonstracije avtonomne navigacije na osnovi rentgenskega pulza. Kot del Raziskovalca postaje za rentgensko merjenje časa in navigacijske tehnologije (SEXTANT) bo ekipa uporabila NICER-ove teleskope za odkrivanje rentgenskih žarkov, ki jih generirajo pulzari, za oceno časa prihoda njihovih impulzov.
Skupina bo nato uporabila posebej zasnovane algoritme za ustvarjanje navigacijske rešitve na vozilu. V prihodnosti bi se medzvezdne vesoljske ladje lahko teoretično opirale na to, da bi samostojno izračunale njihovo lokacijo. Ta volna jim omogoča, da najdejo svojo pot v vesolju, ne da bi se morali zanašati na NASA-ino globinsko vesoljsko omrežje (DSN), ki velja za najbolj občutljiv telekomunikacijski sistem na svetu.
Poleg navigacije projekt NICER upa tudi, da bo izvedel prvi preizkus sposobnosti preživetja rentgenskih komunikacij (XCOM). Z uporabo rentgenskih žarkov za pošiljanje in sprejemanje podatkov (enako kot trenutno uporabljamo radijske valove) so vesoljska plovila lahko prenašala podatke s hitrostjo gigabitov na sekundo na medplanetarnih razdaljah. Takšna zmogljivost bi lahko spremenila način komuniciranja s posadkami, roverji in orbiti.
V obeh demonstracijah je osrednji vir moduliranega rentgenskih žarkov (MXS), ki ga je ekipa NICER razvila za umerjanje detektorjev koristne obremenitve in testiranje navigacijskih algoritmov. Z napravo, ki ustvarja rentgenske žarke s hitro spreminjajočo se intenzivnostjo (z večkratnim vklopom in izklopom), bo ta naprava simulirala pulzacijo nevtronske zvezde. Kot je pojasnil Gendreau:
"To je zelo zanimiv eksperiment, ki ga izvajamo na vesoljski postaji. Imeli smo veliko podpore ljudi iz znanosti in vesoljske tehnologije v sedežu Nasine. Pomagali so nam pri napredovanju tehnologij, ki omogočajo NICER, in tistih, ki jih bo pokazal NICER. Misija bledi poti na več različnih ravneh. "
Upamo, da bo MXS na postajo pripravljen poslati prihodnje leto; v tem času bi se lahko začele demonstracije navigacije in komunikacije. Pričakuje se, da bo ekipa pred 25. julijem, ki bo obeležila 50. obletnico Bellovega odkritja, zbrala dovolj podatkov za predstavitev ugotovitev na znanstvenih konferencah, predvidenih za konec tega leta.
Če je uspešen, bi NICER lahko spremenil naše razumevanje, kako se obnašajo nevtronske zvezde (in kako se materija obnaša v super gosto stanju). To znanje bi nam lahko pomagalo tudi pri razumevanju drugih kozmoloških skrivnosti, kot so črne luknje. Poleg tega bi lahko rentgenske komunikacije in navigacija spremenile raziskovanje vesolja in potovanja, kot jih poznamo. Poleg zagotavljanja večjih donosov iz robotskih misij, ki se nahajajo bližje domu, bi lahko omogočil tudi bolj donosne misije na lokacije v zunanjem Osončju in tudi zunaj njega.
