Kada se velika zvijezda podvrgne gravitacijskom kolapsu pred kraj vijeka trajanja, rezultat je neutronska zvijezda. To je ono što ostaje nakon što su vanjski slojevi zvijezde eksplodirali u masovnoj eksploziji (tj. Supernova), a jezgra se stisnula do velike gustoće. Nakon toga, brzina rotacije zvijezde znatno se povećava, a gdje emituju zrake elektromagnetskog zračenja, postaju "pulsari".
I sada, 50 godina nakon što ih je prvi otkrio britanski astrofizičar Jocelyn Bell, prva misija posvećena proučavanju tih objekata uskoro je montirana. Poznat je kao Neutron Star Composition Explorer (NICER), dvodijelni eksperiment koji će biti implementiran u Međunarodnu svemirsku stanicu ovog ljeta. Ako sve bude dobro, ova će platforma obasjati jedno od najvećih astronomskih misterija i isprobati nove tehnologije.
Astronomi proučavaju neutronske zvijezde gotovo stoljeće, koji su dali vrlo precizna mjerenja njihovih masa i radijusa. Međutim, što se zapravo događa u unutrašnjosti neutronske zvijezde ostaje trajna misterija. Iako su uznapredovani brojni modeli koji opisuju fiziku koja upravlja njihovim interijerom, još uvijek nije jasno kako bi se tvar ponašala u tim vrstama uvjeta.
Nije iznenađujuće, budući da neutronske zvijezde obično drže oko 1,4 puta veću masu našeg Sunca (ili 460 000 puta veću od mase Zemlje) unutar volumena prostora koji je veličina grada. Ovakvu situaciju u kojoj se znatna količina materije sakuplja u vrlo malom volumenu - što rezultira drobljenjem gravitacije i nevjerojatnom gustoćom materije - ne viđa se nigdje drugdje u Svemiru.
Kao što je Keith Gendreau, znanstvenik iz NASA-inog centra za svemirske letove Goddard, objasnio je u nedavnoj izjavi za NASA:
"Priroda materije u ovim uvjetima je stoljećima neriješen problem. Teorija je unaprijedila mnoštvo modela za opisivanje fizike kojom upravljaju unutrašnjosti neutronskih zvijezda. Pomoću NICER-a konačno možemo precizno promatrati te teorije. "
NICE je razvio NASA-in Goddard Space Space Flight uz pomoć Massachusetts Institute of Technology (MIT), Naval Research Laboratory i sveučilišta u SAD-u i Kanadi. Sastoji se od aparata veličine hladnjaka koji sadrži 56 rendgenskih teleskopa i silikonskih detektora. Iako je prvotno bilo namijenjeno uvođenju krajem 2016., lansirni prozor dostupan je tek ove godine.
Kad se jednom postavi kao vanjski korisni teret na ISS-u, on će prikupljati podatke o neutronskim zvijezdama (uglavnom pulsarima) tijekom razdoblja od 18 mjeseci promatrajući neutronske zvijezde u rendgenskom pojasu. Iako ove zvijezde emitiraju zračenje kroz čitav spektar, smatra se da su promatranja rendgenskih zraka najperspektivnija kada su u pitanju otkrivanja stvari o njihovoj strukturi i raznih visokoenergetskih pojava povezanih s njima.
To uključuje starkese, termonuklearne eksplozije i najmoćnija magnetska polja poznata u Svemiru. Da bi to postigli, NICER će prikupljati rendgenske zrake stvorene iz magnetskih polja tih zvijezda i magnetskih polova. Ovo je ključno, jer upravo na polovima jačina magnetskog polja neutronske zvijezde uzrokuje da čestice budu zarobljene i kišu na površinu, što stvara X-zrake.
U pulsarima upravo ta intenzivna magnetska polja uzrokuju da energetske čestice postanu usredotočene zrake zračenja. Ove zrake daju pulsar svoje ime, jer izgledaju poput bljeskova zahvaljujući rotaciji zvijezde (dajući im izgled "svjetionika"). Kao što su fizičari primijetili, ove su pulsacije predvidljive i stoga se mogu upotrijebiti na isti način kako su atomski satovi i Global Positioning System ovdje na Zemlji.
Iako je primarni cilj NICER-a znanost, on također nudi mogućnost testiranja novih oblika tehnologije. Primjerice, instrument će se upotrijebiti za izvođenje prve demonstracije autonomne navigacije utemeljene na rendgenu. Kao dio Istraživača stanice za rentgensku vremensku i navigacijsku tehnologiju (SEXTANT), tim će pomoću NICER-ovih teleskopa detektirati rendgenske zrake koje generiraju pulsari za procjenu vremena dolaska njihovih impulsa.
Tim će tada upotrijebiti posebno dizajnirane algoritme za stvaranje navigacijskog rješenja u vozilu. Ubuduće bi se međuzvjezdani svemirski brodovi teoretski mogli pouzdati u to da bi automatski izračunali svoje mjesto. Ovaj mod omogućuje im da pronađu svoj put u svemiru, a da se ne moraju pouzdati u NASA-ino duboko svemirsku mrežu (DSN), koja se smatra najosjetljivijim telekomunikacijskim sustavom na svijetu.
Osim navigacije, NICER-ov projekt također se nada da će provesti prvi ikad dosadašnji test održivosti rentgenskih komunikacija (XCOM). Pomoću rendgenskih zraka za slanje i primanje podataka (na isti način na koji trenutno koristimo radio valove) svemirske letjelice mogu prenositi podatke brzinom gigabita u sekundi na međuplanetarnim udaljenostima. Takav kapacitet mogao bi revolucionirati način na koji komuniciramo s posadnim misijama, roverima i orbiterima.
Centralno za obje demonstracije je Modulirani izvor rendgenskih zraka (MXS), koji je NICER tim razvio za kalibraciju detektora korisnog opterećenja i testiranje navigacijskih algoritama. Stvarajući X-zrake s brzo promjenjivim intenzitetom (uključivanjem i isključivanjem više puta u sekundi), ovaj će uređaj simulirati pulsiranje neutronske zvijezde. Kao što je Gendreau objasnio:
„Ovo je vrlo zanimljiv eksperiment koji radimo na svemirskoj stanici. Imali smo veliku podršku ljudi iz znanosti i svemirske tehnologije u sjedištu NASA-e. Pomogli su nam u unapređivanju tehnologija koje omogućuju NICER, kao i onima koje će NICER pokazati. Misija je pješačka staza na nekoliko različitih razina. "
Nada se da će MXS biti spreman za otpremanje stanica do iduće godine; u to vrijeme, demonstracije navigacije i komunikacije mogle su započeti. A očekuje se da će tim tim prije 25. srpnja, koji će obilježiti 50. obljetnicu Bellovog otkrića, prikupiti dovoljno podataka za predstavljanje otkrića na znanstvenim skupovima zakazanim za kasnije ove godine.
Ako bude uspješan, NICER bi mogao revolucionirati naše razumijevanje ponašanja neutronskih zvijezda (i kako se materija ponaša u super gustom stanju). Ovo nam znanje moglo bi nam pomoći i u razumijevanju ostalih kozmoloških misterija poput crnih rupa. Povrh svega, rendgenska komunikacija i navigacija mogli bi revolucionirati istraživanje svemira i putovanja onako kako znamo. Pored pružanja većih prinosa od robotskih misija smještenih bliže kući, moglo bi omogućiti i unosnije misije na lokacije u vanjskom Sunčevom sustavu, pa čak i šire.
