Ko velika zvezda ob koncu svoje življenjske dobe doživi gravitacijski kolaps, je pogosto posledica nevtronske zvezde. To je tisto, kar ostane po tem, ko so bile zunanje plasti zvezde odpihnjene v masivni eksploziji (t.i. supernova) in jedro stisnjeno do ekstremne gostote. Nato se hitrost vrtenja zvezde močno poveča in tam, kjer oddajajo žarke elektromagnetnega sevanja, postanejo 'pulzarji'.
In zdaj, 50 let po tem, ko jih je prvič odkrila britanska astrofizičarka Jocelyn Bell, se bo začela prva misija, namenjena preučevanju teh predmetov. Znano je kot Raziskovalca notranje kompozicije Neutron Star (NICER), dvodelni poskus, ki bo razporejen v Mednarodna vesoljska postaja to poletje. Če bo šlo vse dobro, bo ta platforma osvetlila eno največjih astronomskih skrivnosti in preizkusila nove tehnologije.
Astronomi že skoraj stoletje preučujejo nevtronske zvezde, ki so prinesle nekaj zelo natančnih meritev njihovih mas in polmerov. Vendar, kaj se dejansko dogaja v notranjosti nevtronske zvezde, ostaja trajna skrivnost. Čeprav so bili razviti številni modeli, ki opisujejo fiziko, ki ureja njihovo notranjost, še vedno ni jasno, kako bi se materija obnašala v takšnih pogojih.
Ni presenetljivo, saj imajo nevtronske zvezde običajno približno 1,4-kratno maso našega Sonca (ali 460.000-krat večjo maso Zemlje) znotraj prostornine, ki je velika kot mesto. Takšne situacije, ko je precejšnja količina snovi pakirana v zelo majhen volumen – kar ima za posledico drobilno gravitacijo in neverjetno gostoto snovi – ni nikjer drugje v vesolju.
Kot je pojasnil Keith Gendreau, znanstvenik iz Nasinega centra za vesoljske lete Goddard, v nedavnem NASA izjava za javnost :
»Narava snovi v teh pogojih je desetletja star nerešen problem. Teorija je razvila številne modele za opis fizike, ki ureja notranjost nevtronskih zvezd. Z NICER-jem lahko končno preizkusimo te teorije z natančnimi opazovanji.'
NICE je razvil NASA-in Goddard Space Flight Center s pomočjo Massachusetts Institute of Technology (MIT), Laboratorija za pomorske raziskave in univerz v ZDA in Kanadi. Sestavljen je iz aparata velikosti hladilnika, ki vsebuje 56 rentgenskih teleskopov in silikonskih detektorjev. Čeprav je bil prvotno predviden za uvedbo pozno leta 2016, je zagonsko okno postalo na voljo šele letos.
Ko bo nameščen kot zunanji tovor na krovu ISS, bo zbiral podatke o nevtronskih zvezdah (predvsem pulsarjih) v 18-mesečnem obdobju z opazovanjem nevtronskih zvezd v rentgenskem pasu. Čeprav te zvezde oddajajo sevanje po celotnem spektru, velja, da so opazovanja z rentgenskimi žarki najbolj obetavna, ko gre za razkrivanje stvari o njihovi strukturi in različnih visokoenergetskih pojavih, povezanih z njimi.
SEXTANT bo z opazovanjem milisekundnih pulsarjev pokazal zmožnost določanja absolutnega položaja, podobno GPS. Zasluge: NASA
Sem spadajo zvezdni potresi, termonuklearne eksplozije in najmočnejša magnetna polja, znana v vesolju. Za to bo NICER zbiral rentgenske žarke, ustvarjene iz magnetnih polj in magnetnih polov teh zvezd. To je ključno, saj prav na polih moč magnetnih polj nevtronske zvezde povzroči, da se delci ujamejo in dežujejo na površini, kar proizvaja rentgenske žarke.
V pulsarjih so ta intenzivna magnetna polja tista, ki povzročijo, da energijski delci postanejo fokusirani žarki sevanja. Ti žarki so pulsarjem dali ime, saj so zaradi vrtenja zvezde videti kot bliski (kar jim daje videz, podoben 'svetilniku'. Kot so opazili fiziki, so te pulzacije predvidljive in jih je zato mogoče uporabiti na enak način, kot so atomske ure in globalni sistem za določanje položaja tukaj na Zemlji.
Medtem ko je primarni cilj NICER-ja znanost, ponuja tudi možnost testiranja novih oblik tehnologije. Instrument bo na primer uporabljen za izvedbo prve demonstracije avtonomne navigacije, ki temelji na rentgenskem pulzarju. Kot del Station Explorer za rentgensko merjenje časa in navigacijsko tehnologijo (SEXTANT), bo ekipa uporabila NICER-jeve teleskope za zaznavanje rentgenskih žarkov, ki jih ustvarjajo pulsarji, da bi ocenila čas prihoda njihovih impulzov.
Ekipa bo nato uporabila posebej oblikovane algoritme za ustvarjanje navigacijske rešitve na vozilu. V prihodnosti bi se lahko medzvezdne vesoljske ladje teoretično zanašale na to, da bi samostojno izračunale svojo lokacijo. To bi jim omogočilo, da najdejo pot v vesolju, ne da bi se morali zanašati na NASA Mreža globokega vesolja (DSN), ki velja za najbolj občutljiv telekomunikacijski sistem na svetu.
Poleg navigacije projekt NICER upa tudi, da bo izvedel prvi preizkus sposobnosti preživetja Komunikacije na osnovi rentgenskih žarkov (XCOM). Z uporabo rentgenskih žarkov za pošiljanje in prejemanje podatkov (na enak način, kot trenutno uporabljamo radijske valove), bi lahko vesoljska plovila prenašala podatke s hitrostjo gigabitov na sekundo na medplanetarne razdalje. Takšna zmogljivost bi lahko spremenila način komuniciranja z misijami s posadko, roverji in orbiterji.
Osrednja točka obeh demonstracij je Modulirani vir rentgenskih žarkov (MXS), ki ga je ekipa NICER razvila za kalibracijo detektorjev tovora in testiranje navigacijskih algoritmov. Ta naprava, ki ustvarja rentgenske žarke s hitro spreminjajočo se intenzivnostjo (z večkratnim vklopom in izklopom na sekundo), simulira pulzacije nevtronske zvezde. Kot Gendreau pojasnil :
'To je zelo zanimiv eksperiment, ki ga izvajamo na vesoljski postaji. Na sedežu Nase smo imeli veliko podporo strokovnjakov za znanost in vesoljsko tehnologijo. Pomagali so nam izboljšati tehnologije, ki omogočajo NICER, in tiste, ki jih bo NICER pokazal. Misija je brskanje poti na več različnih ravneh.'
Upamo, da bo MXS pripravljen za pošiljanje na postajo nekje naslednje leto; takrat bi se lahko začele predstavitve navigacije in komunikacije. Pričakuje se, da bo ekipa pred 25. julijem, ki bo zaznamovala 50. obletnico Bellovega odkritja, zbrala dovolj podatkov za predstavitev ugotovitev na znanstvenih konferencah, ki bodo načrtovane pozneje v tem letu.
Če bo uspešen, bi lahko NICER revolucioniral naše razumevanje tega, kako se obnašajo nevtronske zvezde (in kako se materija obnaša v super gostem stanju). To znanje bi nam lahko pomagalo razumeti tudi druge kozmološke skrivnosti, kot so črne luknje. Poleg tega bi lahko rentgenske komunikacije in navigacija revolucionirali raziskovanje vesolja in potovanja, kot jih poznamo. Poleg zagotavljanja večjih donosov iz robotskih misij, ki se nahajajo bližje domu, bi lahko omogočila tudi bolj donosne misije na lokacije v zunanjem Osončju in celo širše.
Nadaljnje branje: NASA
