Amikor egy nagy csillag gravitációs összeomláson megy keresztül élettartama végén, gyakran egy neutroncsillag eredménye. Ez akkor marad, miután a csillag külső rétegeit egy hatalmas robbanás (azaz szupernóva) felrobbantotta és a magot extrém sűrűségűre összenyomták. Utána a csillag forgási sebessége jelentősen megnő, és ahol elektromágneses sugárzás sugárzását bocsátják ki, „pulzátorokká” válnak.
És most, 50 évvel azután, hogy a brit asztrofizikus, Jocelyn Bell először felfedezte őket, hamarosan felállítják az első objektumot, amely ezen objektumok tanulmányozására szolgál. Neutron csillag belső összetétel-felfedező (NICER) néven ismert, egy két részből álló kísérlet, amelyet ezen a nyáron a Nemzetközi Űrállomáson telepítik. Ha minden jól megy, ez a platform rávilágít az egyik legnagyobb csillagászati rejtélyre, és kipróbálhatja az új technológiákat.
A csillagászok majdnem egy évszázadok óta tanulmányozzák a neutroncsillagokat, amelyek tömegük és sugaraik nagyon pontos mérését eredményezték. Az a tény, ami egy neutroncsillag belsejében válik nyilvánvalóvá, továbbra is rejtély marad. Noha számos olyan modell került kifejlesztésre, amely leírja a belső terek fizikáját, még mindig nem világos, hogy az anyag hogyan viselkedne ilyen típusú körülmények között.
Nem meglepő, mivel a neutroncsillagok tipikusan Napunk tömegének körülbelül 1,4-szerese (vagy a Föld tömegének 460 000-szerese) tartják a város méretű űrtartományon belül. Ez a fajta helyzet, ahol jelentős mennyiségű anyag van csomagolva egy nagyon kis térfogatba - ami összenyomó gravitációt és hihetetlen anyag-sűrűséget eredményez - az univerzum sehol másutt nem látható.
Ahogyan Keith Gendreau, a NASA Goddard űrrepülési központjának tudósa elmagyarázta a NASA közelmúltbeli sajtóközleményében:
„Az anyag jellege ilyen körülmények között évtizedek óta megoldatlan probléma. Az elmélet számos olyan modellt fejlesztett ki, amely leírja a neutroncsillagok belső felületének fizikáját. A NICER segítségével végre megvizsgálhatjuk ezeket az elméleteket pontos megfigyelésekkel. ”
A NICE-t a NASA Goddard űrrepülési központja fejlesztette ki a Massachusetts Technológiai Intézet (MIT), a Tengerészeti Kutatólaboratórium, valamint az Egyesült Államok és Kanada egyetemeinek támogatásával. Hűtőszekrény méretű készülékből áll, amely 56 röntgen távcsövet és szilíciumdetektorot tartalmaz. Noha eredetileg 2016 végén kellett üzembe helyezni, a beindítási ablak csak ebben az évben vált elérhetővé.
Az ISS fedélzetére történő külső hasznos teherként történő telepítés után 18 hónap alatt gyűjt adatokat a neutroncsillagokról (főleg pulzátorokról), a röntgensugár sávjának megfigyelésével. Annak ellenére, hogy ezek a csillagok sugárzást bocsátanak ki az egész spektrumon, a röntgen megfigyelésekről úgy gondolják, hogy a legígéretesebbek a szerkezetükről és a hozzájuk kapcsolódó különféle nagy energiájú jelenségekről szóló információk feltárásakor.
Ide tartoznak a csillagrengések, a termonukleáris robbanások és az Univerzumban ismert legerősebb mágneses mezők. Ehhez a NICER összegyűjti a csillagok mágneses tereiből és mágneses pólusaiból származó röntgenfelvételeket. Ez kulcsfontosságú, mivel a pólusoknál a neutroncsillag mágneses tereinek erőssége megakadályozza, hogy a részecskék csapdába esjenek és leesjenek a felszínen, ami röntgenfelvételeket eredményez.
A pulzusokban ezek az intenzív mágneses mezők okozzák az energetikai részecskék fókuszált sugárzási sugaraká válását. Ezek a gerendák adják a nevét a pulzusoknak, mivel a csillag forgásának köszönhetően villognak tűnnek („világítótoronyhoz” hasonló megjelenést adva). Amint a fizikusok megfigyelték, ezek a pulzációk kiszámíthatók, ezért felhasználhatók ugyanúgy, mint az atomórák és a Globális Helymeghatározó Rendszer a Földön.
Noha a NICER elsődleges célja a tudomány, lehetőséget kínál a technológia új formáinak tesztelésére is. Például az eszközt az autonóm röntgen-pulzár alapú navigáció első bemutatására használják. A röntgen időmérési és navigációs technológiához tartozó Station Explorer (SEXTANT) részeként a csapat a NICER távcsöveivel felismeri az impulzusok által generált röntgen sugarakat, hogy becsülje meg impulzusaik érkezési idejét.
A csoport ezután kifejezetten tervezett algoritmusokat fog használni a fedélzeti navigációs megoldás létrehozásához. A jövőben az interstelláris űrhajók elméletileg erre támaszkodhatnak, hogy helyüket autonóm módon kiszámítsák. Ez lehetővé teszi számukra, hogy megtalálják az utat az űrben, anélkül, hogy támaszkodnának a NASA Deep Space Network (DSN) hálózatára, amelyet a világ legérzékenyebb telekommunikációs rendszerének tartanak.
A navigáción túl a NICER projekt azt is reméli, hogy elvégzi a röntgen alapú kommunikáció életképességének első vizsgálatát (XCOM). Az adatok küldésére és fogadására röntgen segítségével (ugyanúgy, mint a rádióhullámokat használunk) az űrhajók másodpercenként gigabites sebességgel tudják továbbítani az adatokat bolygóközi távolságra. Egy ilyen kapacitás forradalmasíthatja azt a módszert, amellyel kommunikálunk a legénységgel ellátott missziókkal, a roverrel és a keringővel.
Mindkét demonstráció központi eleme a modulált röntgenforrás (MXS), amelyet a NICER csapata fejlesztett ki a hasznos teher detektorok kalibrálására és a navigációs algoritmusok tesztelésére. Gyorsan változó intenzitású röntgengenerációval (másodpercenként többször történő be- és kikapcsolással) ez a készülék szimulálja a neutroncsillag pulzációit. Amint Gendreau kifejtette:
„Ez egy nagyon érdekes kísérlet, amelyet az űrállomáson végezünk. Nagyon nagy támogatást kaptunk a NASA székhelyén lévő tudományos és űrtechnológiai emberek részéről. Segítettek nekünk a NICER megvalósítását lehetővé tevő technológiák előmozdításában, valamint azokban a technológiákban, amelyeket a NICER bemutatni fog. A küldetés számos különböző szintű nyomvonalat jelent. ”
Remélhetőleg az MXS jövő évben kész lesz szállítani az állomásra; amikor a navigációs és kommunikációs demonstrációk megkezdődhetnek. És várhatóan július 25. előtt, amely a Bell felfedezésének 50. évfordulóját ünnepli, a csapat elegendő adatot gyűjtött ahhoz, hogy az eredményeket az ez év késõbbi idõpontjára tervezett tudományos konferenciákon bemutassa.
Sikeres siker esetén a NICER forradalmasíthatja a neutroncsillagok (és az anyag viselkedése egy szuper-sűrű állapotban) megértését. Ez az ismeret segíthet más kozmológiai rejtélyek, például a fekete lyukak megértésében is. Ráadásul a röntgenkommunikáció és a navigáció forradalmasíthatja az űrkutatást és az utazást, amint azt tudjuk. Amellett, hogy nagyobb haszonnal jár az otthonhoz közelebb található robotmissziókból, ez lehetővé tehet még jövedelmezőbb küldetéseket a külső Naprendszerben és még azon túl is.
