Atunci când o stea mare suferă un colaps gravitațional aproape de sfârșitul duratei sale de viață, o stea neutronă este adesea rezultatul. Aceasta este ceea ce rămâne după ce straturile exterioare ale stelei au fost aruncate într-o explozie masivă (adică o supernovă) și miezul a fost comprimat până la densitate extremă. După aceea, rata de rotație a stelei crește considerabil, iar acolo unde emit fascicule de radiații electromagnetice, devin „pulsars”.
Iar acum, după 50 de ani de la descoperirea astrofizicistului britanic Jocelyn Bell, prima misiune dedicată studiului acestor obiecte urmează să fie montată. Este cunoscut sub numele de Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER), un experiment din două părți care va fi dislocat în Stația Spațială Internațională în această vară. Dacă totul merge bine, această platformă va arunca lumină asupra unuia dintre cele mai mari mistere astronomice și va testa noi tehnologii.
Astronomii studiază stele neutronice de aproape un secol, care au dat unele măsurători foarte precise ale masei și ale razelor lor. Cu toate acestea, ceea ce transpune de fapt în interiorul unei stele cu neutroni rămâne un mister de durată. Deși au fost avansate numeroase modele care descriu fizica care le guvernează interioarele, nu este încă clar cum s-ar comporta materia în aceste tipuri de condiții.
Nu este surprinzător, deoarece stelele cu neutroni dețin de obicei de aproximativ 1,4 ori masa Soarelui nostru (sau de 460 000 de ori mai mare decât Pământul) într-un volum de spațiu care este de dimensiunea unui oraș. Acest tip de situație, în care o cantitate considerabilă de materie este împachetată într-un volum foarte mic - ceea ce duce la o gravitate zdrobitoare și o densitate incredibilă a materiei - nu se vede nicăieri în altă parte din Univers.
După cum a explicat Keith Gendreau, un om de știință al Centrului de zbor spațial Goddard al NASA, într-o declarație recentă a presei NASA:
„Natura materiei în aceste condiții este o problemă nerezolvată de zeci de ani. Teoria a avansat o serie de modele pentru a descrie fizica care guvernează interioarele stelelor cu neutroni. Cu NICER, putem testa în final aceste teorii cu observații precise. ”
NICE a fost dezvoltat de Centrul de zbor spațial Goddard al NASA, cu asistența Institutului Tehnologic din Massachusetts (MIT), Laboratorului de Cercetări Navale și universităților din S.U.A. și Canada. Este format dintr-un aparat de dimensiuni frigorifice care conține 56 de telescoape cu raze X și detectoare de siliciu. Deși inițial era intenționat să fie implementat la sfârșitul anului 2016, o fereastră de lansare nu a devenit disponibilă până în acest an.
Odată instalată ca o sarcină utilă externă la bordul ISS, aceasta va strânge date despre stelele de neutroni (în principal pulsars) pe o perioadă de 18 luni prin observarea stelelor neutronice din banda de raze X. Chiar dacă aceste stele emit radiații în întregul spectru, observațiile cu raze X sunt considerate a fi cele mai promițătoare atunci când vine vorba de dezvăluirea unor lucruri despre structura lor și despre diverse fenomene cu energie mare asociate cu acestea.
Acestea includ cazurile de stele, exploziile termonucleare și cele mai puternice câmpuri magnetice cunoscute în Univers. Pentru a face acest lucru, NICER va colecta raze X generate de câmpurile magnetice ale acestor stele și poli magnetici. Acest lucru este esențial, deoarece la poli, rezistența câmpurilor magnetice ale unei stele cu neutron face ca particulele să fie prinse și să plouă pe suprafață, ceea ce produce raze X.
În pulsars, aceste câmpuri magnetice intense sunt cele care determină particulele energetice să devină fascicule de radiații focalizate. Aceste fascicule sunt cele care le dau numele pulsarilor, deoarece apar ca licăriri datorită rotației stelei (oferindu-le aspectul de „far”). Așa cum au observat fizicienii, aceste pulsiuni sunt previzibile și, prin urmare, pot fi utilizate la fel ca și ceasurile atomice și sistemul de poziționare globală aici.
În timp ce obiectivul principal al NICER este știința, acesta oferă și posibilitatea de a testa noi forme de tehnologie. De exemplu, instrumentul va fi folosit pentru a realiza prima demonstrație de navigare autonomă bazată pe pulsare pe raze X. Ca parte a Station Explorer pentru tehnologia de navigație și navigație cu raze X (SEXTANT), echipa va folosi telescoapele NICER pentru a detecta fasciculele de raze X generate de pulsars pentru a estima timpii de sosire a impulsurilor lor.
Echipa va folosi apoi algoritmi concepuți special pentru a crea o soluție de navigație la bord. În viitor, navele spațiale interstelare s-ar putea baza teoretic pe acest lucru pentru a-și calcula locația în mod autonom. Acest wold le permite să-și găsească drumul în spațiu fără a fi nevoie să se bazeze pe rețeaua spațială profundă (DSN) a NASA, care este considerată cel mai sensibil sistem de telecomunicații din lume.
Dincolo de navigație, proiectul NICER speră, de asemenea, să efectueze primul test al viabilității comunicațiilor bazate pe raze X (XCOM). Folosind razele X pentru a trimite și primi date (în același mod în care folosim în prezent undele radio), navele spațiale ar putea transmite date la viteza de gigabits pe secundă pe distanțe interplanetare. O astfel de capacitate ar putea revoluționa modul în care comunicăm cu misiunile echipajate, rover și orbiteri.
Centrală pentru ambele demonstrații este Sursa de raze X modulate (MXS), pe care echipa NICER a dezvoltat-o pentru a calibra detectoarele de sarcină utilă și a testa algoritmii de navigație. Generarea de raze X cu intensitate variabilă rapidă (prin pornire și oprire de mai multe ori pe secundă), acest dispozitiv va simula pulsările unei stele de neutroni. După cum a explicat Gendreau:
„Acesta este un experiment foarte interesant pe care îl facem pe stația spațială. Am avut foarte mult sprijin din partea sediului NASA din partea oamenilor de știință și tehnologie spațială. Ne-au ajutat să avansăm tehnologiile care fac posibilă NICER, precum și cele pe care le va demonstra NICER. Misiunea este să traverseze trasee pe mai multe niveluri diferite. "
Se speră că MXS va fi gata să fie livrat la stație cândva anul viitor; moment în care ar putea începe demonstrațiile de navigare și comunicare. Și este de așteptat ca înainte de 25 iulie, care va marca 50 de ani de la descoperirea lui Bell, echipa să fi colectat suficiente date pentru a prezenta concluziile la conferințele științifice programate pentru sfârșitul acestui an.
Dacă are succes, NICER ar putea revoluționa înțelegerea noastră despre cum se comportă stelele neutronice (și cum se comportă materia într-o stare super-densă). Această cunoaștere ne-ar putea ajuta, de asemenea, să înțelegem alte mistere cosmologice, cum ar fi găurile negre. În plus, comunicațiile și navigarea cu raze X ar putea revoluționa explorarea și călătoria spațială așa cum o știm. În plus, oferind un randament mai mare de la misiunile robotice situate mai aproape de casă, ar putea permite, de asemenea, misiuni mai profitabile în locații din sistemul solar exterior și chiar dincolo.
