Kai didelė žvaigždė patiria gravitacinį griūtį netoli savo gyvenimo laikotarpio, dažnai atsiranda neutroninė žvaigždė. Štai kas liko po to, kai didžiuliai sprogimai (t. Y. Supernova) buvo nupūsti išoriniais žvaigždės sluoksniais, o šerdis buvo suspaustas iki didžiausio tankio. Vėliau žvaigždės sukimosi greitis žymiai padidėja ir ten, kur skleidžia elektromagnetinės spinduliuotės pluoštai, jie tampa „pulsarais“.
Ir dabar, praėjus 50 metų nuo tada, kai juos pirmą kartą atrado britų astrofizikas Jocelyn Bell, ketinama surengti pirmąją šių objektų tyrinėjimui skirtą misiją. Jis žinomas kaip „Neutron Star“ kompozicijos tyrinėtojas (NICER) - dviejų dalių eksperimentas, kuris šią vasarą bus dislokuotas Tarptautinėje kosminėje stotyje. Jei viskas klostysis gerai, ši platforma atskleis vieną didžiausių astronominių paslapčių ir išbandys naujas technologijas.
Astronomai beveik šimtmetį tyrinėjo neutronines žvaigždes, kurios davė labai tikslus jų masės ir spindulio matavimus. Tačiau tai, kas iš tikrųjų išryškėja neutroninės žvaigždės interjere, išlieka nesibaigianti paslaptis. Nors buvo sukurta daugybė modelių, apibūdinančių jų interjerą valdančią fiziką, vis dar neaišku, kaip materija elgtųsi tokiomis sąlygomis.
Nenuostabu, nes neutroninės žvaigždės paprastai užima maždaug 1,4 karto didesnę nei mūsų Saulės masę (arba 460 000 kartų daugiau nei Žemės masė) erdvėje, kuri yra miesto dydžio. Tokios situacijos, kai nemažas medžiagos kiekis yra supakuotas į labai mažą tūrį - dėl to sutraiškoma gravitacija ir neįtikėtinas materijos tankis - niekur kitur Visatoje nematyti.
Kaip neseniai NASA pranešime spaudai paaiškino NASA Goddardo kosminių skrydžių centro mokslininkas Keitas Gendreau:
„Medžiagos prigimtis tokiomis sąlygomis yra dešimtmečius sena neišspręsta problema. Teorija sukūrė daugybę modelių, skirtų apibūdinti fiziką, valdančią neutroninių žvaigždžių vidų. Naudodamiesi NICER, mes galime pagaliau patikrinti šias teorijas tiksliais pastebėjimais. “
NICE sukūrė NASA Goddardo kosminių skrydžių centras, padedamas Masačusetso technologijos instituto (MIT), Karinio jūrų laivyno tyrimų laboratorijos ir JAV bei Kanados universitetų. Jį sudaro šaldytuvo dydžio aparatas, kuriame yra 56 rentgeno teleskopai ir silicio detektoriai. Nors iš pradžių buvo ketinta dislokuoti 2016 m. Pabaigoje, paleidimo langas pasirodė tik šiais metais.
Įdiegta kaip išorinė naudingoji apkrova ISS, ji per 18 mėnesių rinks duomenis apie neutronų žvaigždes (daugiausia pulsarius), stebėdama neutronų žvaigždes rentgeno juostoje. Nors šios žvaigždės skleidžia radiaciją visame spektre, manoma, kad rentgeno spindulių stebėjimai yra perspektyviausi, kai reikia atskleisti dalykus apie jų struktūrą ir įvairius su jais susijusius didelės energijos reiškinius.
Tai apima žvaigždžių drebėjimus, termobranduolinius sprogimus ir galingiausius Visatoje žinomus magnetinius laukus. Norėdami tai padaryti, NICER surinks rentgeno spindulius, generuojamus iš šių žvaigždžių magnetinių laukų ir magnetinių polių. Tai yra labai svarbu, nes dėl stulpelių neutroninės žvaigždės magnetinių laukų stipris lemia dalelių įstrigimą ir lietaus susidarymą ant paviršiaus, todėl susidaro rentgeno spinduliai.
Pulsaruose būtent šie intensyvūs magnetiniai laukai lemia, kad energetinės dalelės tampa sutelktomis radiacijos sijomis. Šios sijos suteikia pulsarams savo vardą, nes žvaigždės pasisukimo metu jos atrodo kaip blykstės (suteikiančios jiems „švyturio“ pavidalą). Kaip pastebėjo fizikai, šie pulsai yra nuspėjami, todėl gali būti naudojami taip pat, kaip atominiai laikrodžiai ir „Global Positioning System“ yra Žemėje.
Nors pagrindinis NICER tikslas yra mokslas, jis taip pat suteikia galimybę išbandyti naujas technologijos formas. Pavyzdžiui, prietaisas bus naudojamas pirmą kartą pademonstruoti autonominę rentgeno spinduliuotės pagrindu sukurtą navigaciją. Kaip „Rentgeno spinduliuotės laiko nustatymo ir navigacijos technologijos“ („SEXTANT“) dalis, komanda naudosis NICER teleskopu, kad aptiktų pulsatorių generuojamus rentgeno spindulius, kad įvertintų jų impulsų atvykimo laiką.
Tada komanda panaudos specialiai sukurtus algoritmus, kad sukurtų borto navigacijos sprendimą. Ateityje tarpžvaigždiniai erdvėlaiviai teoriškai galėtų pasikliauti tuo, kad autonomiškai apskaičiuotų savo buvimo vietą. Tai leidžia jiems rasti kelią į kosmosą ir nesiremti NASA giluminio kosmoso tinklu (DSN), kuris laikomas jautriausia telekomunikacijų sistema pasaulyje.
Be navigacijos, NICER projektas taip pat tikisi atlikti pirmąjį rentgeno spinduliuotės ryšių (XCOM) gyvybingumo testą. Naudodamiesi rentgeno spinduliais duomenims siųsti ir gauti (tuo pačiu būdu mes šiuo metu naudojame radijo bangas), erdvėlaiviai galėtų perduoti duomenis tarpplanetiniais atstumais gigabitų per sekundę greičiu. Tokie pajėgumai galėtų pakeisti revoliuciją bendraujant su įgulos narių įgulomis, roveriais ir orbitomis.
Abiejų demonstracijų centre yra moduliuotas rentgeno spindulių šaltinis (MXS), kurį NICER komanda sukūrė naudingos apkrovos detektorių kalibravimui ir navigacijos algoritmų išbandymui. Sukurtas greitai besikeičiančio rentgeno spindulys (įjungiant ir išjungiant daug kartų per sekundę), šis prietaisas imituos neutroninės žvaigždės pulsaciją. Kaip paaiškino Gendreau:
„Tai labai įdomus eksperimentas, kurį darome kosminėje stotyje. Mes labai daug palaikėme iš NASA būstinės mokslo ir kosmoso technologijų žmonių. Jie padėjo mums tobulinti technologijas, kurios suteikia galimybę NICER, taip pat tas, kurias NICER parodys. Misija yra nugludinti takai keliuose skirtinguose lygiuose. “
Tikimasi, kad MXS bus pasirengusi išsiųsti į stotį kažkada kitais metais; tuo metu galėtų prasidėti navigacijos ir ryšių demonstracijos. Tikimasi, kad iki liepos 25 d., Minint 50-ąsias Bellos atradimo metines, komanda surinks pakankamai duomenų, kad rezultatus galėtų pristatyti mokslinėse konferencijose, numatomose vėliau šiais metais.
Jei pasisektų, NICER galėtų pakeisti mūsų supratimą apie tai, kaip elgiasi neutroninės žvaigždės (ir kaip materija elgiasi ypač tankiai). Šios žinios taip pat galėtų mums padėti suprasti kitas kosmologines paslaptis, tokias kaip juodosios skylės. Be to, rentgeno spinduliuotės ryšiai ir navigacija gali pakeisti revoliuciją kosmose ir keliauti taip, kaip mes ją žinome. Tai ne tik užtikrins didesnę grąžą iš robotinių misijų, esančių arčiau namų, bet ir leis suteikti daugiau pelningų misijų į išorinės Saulės sistemos vietas ir net už jos ribų.
