Όταν ένα μεγάλο αστέρι υφίσταται βαρυτική κατάρρευση κοντά στο τέλος της διάρκειας ζωής του, ένα αστέρι νετρονίων είναι συχνά το αποτέλεσμα. Αυτό απομένει αφού τα εξωτερικά στρώματα του αστεριού εκραγούν σε μια μαζική έκρηξη (δηλαδή μια σουπερνόβα) και ο πυρήνας συμπιέστηκε σε ακραία πυκνότητα. Στη συνέχεια, ο ρυθμός περιστροφής του αστεριού αυξάνεται σημαντικά και όπου εκπέμπουν δέσμες ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, γίνονται «πάλσαρ».
Και τώρα, 50 χρόνια αφότου ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά από τον Βρετανό αστροφυσικό Jocelyn Bell, πρόκειται να τοποθετηθεί η πρώτη αποστολή που αφιερώνεται στη μελέτη αυτών των αντικειμένων. Είναι γνωστό ως Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER), ένα πείραμα δύο μερών που θα αναπτυχθεί στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό αυτό το καλοκαίρι. Εάν όλα πάνε καλά, αυτή η πλατφόρμα θα ρίξει φως σε ένα από τα μεγαλύτερα αστρονομικά μυστήρια και θα δοκιμάσει νέες τεχνολογίες.
Οι αστρονόμοι μελετούν αστέρια νετρονίων για σχεδόν έναν αιώνα, τα οποία απέδωσαν ορισμένες πολύ ακριβείς μετρήσεις των μαζών και των ακτίνων τους. Ωστόσο, αυτό που πραγματικά εμφανίζεται στο εσωτερικό ενός αστεριού νετρονίων παραμένει ένα διαρκές μυστήριο. Ενώ έχουν προχωρήσει πολλά μοντέλα που περιγράφουν τη φυσική που διέπει το εσωτερικό τους, δεν είναι ακόμη σαφές πώς θα συμπεριφερόταν η ύλη υπό αυτούς τους τύπους συνθηκών.
Δεν προκαλεί έκπληξη, καθώς τα αστέρια νετρονίων συνήθως κρατούν περίπου 1,4 φορές τη μάζα του Ήλιου μας (ή 460.000 φορές τη μάζα της Γης) σε έναν όγκο χώρου που είναι το μέγεθος μιας πόλης. Αυτό το είδος κατάστασης, όπου μια σημαντική ποσότητα ύλης συσκευάζεται σε πολύ μικρό όγκο - με αποτέλεσμα τη σύνθλιψη της βαρύτητας και την απίστευτη πυκνότητα της ύλης - δεν φαίνεται πουθενά αλλού στο Σύμπαν.
Όπως εξήγησε ο Keith Gendreau, επιστήμονας στο Goddard Space Flight Center της NASA, σε μια πρόσφατη δήλωση τύπου της NASA:
«Η φύση της ύλης υπό αυτές τις συνθήκες είναι ένα δεκαετίας άλυτο πρόβλημα. Η θεωρία έχει αναπτύξει μια σειρά μοντέλων για να περιγράψει τη φυσική που διέπει το εσωτερικό των αστεριών νετρονίων. Με το NICER, μπορούμε τελικά να δοκιμάσουμε αυτές τις θεωρίες με ακριβείς παρατηρήσεις. "
Το NICE αναπτύχθηκε από το Goddard Space Flight Center της NASA με τη βοήθεια του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT), του Ναυτικού Ερευνητικού Εργαστηρίου και πανεπιστημίων στις ΗΠΑ και τον Καναδά. Αποτελείται από μια συσκευή μεγέθους ψυγείου που περιέχει 56 τηλεσκόπια ακτίνων Χ και ανιχνευτές πυριτίου. Παρόλο που αρχικά προοριζόταν να αναπτυχθεί στα τέλη του 2016, ένα παράθυρο εκκίνησης δεν ήταν διαθέσιμο μόνο φέτος.
Μόλις εγκατασταθεί ως εξωτερικό ωφέλιμο φορτίο στο ISS, θα συλλέξει δεδομένα για αστέρια νετρονίων (κυρίως πάλσαρ) για μια περίοδο 18 μηνών παρατηρώντας αστέρια νετρονίων στη ζώνη ακτίνων Χ. Παρόλο που αυτά τα αστέρια εκπέμπουν ακτινοβολία σε όλο το φάσμα, οι παρατηρήσεις ακτίνων Χ πιστεύεται ότι είναι οι πιο ελπιδοφόρες όταν αποκαλύπτουν πράγματα σχετικά με τη δομή τους και διάφορα φαινόμενα υψηλής ενέργειας που σχετίζονται με αυτά.
Αυτά περιλαμβάνουν αστέρια, θερμοπυρηνικές εκρήξεις και τα πιο ισχυρά μαγνητικά πεδία που είναι γνωστά στο Σύμπαν. Για να γίνει αυτό, η NICER θα συλλέξει ακτίνες Χ που παράγονται από μαγνητικά πεδία και μαγνητικούς πόλους αυτών των αστεριών. Αυτό είναι το κλειδί, καθώς η δύναμη των μαγνητικών πεδίων ενός άστρου νετρονίων προκαλεί παγίδευση σωματιδίων και βροχή στην επιφάνεια, η οποία παράγει ακτίνες Χ.
Στα πάλσαρ, αυτά τα έντονα μαγνητικά πεδία προκαλούν τα ενεργητικά σωματίδια να γίνουν εστιασμένες ακτίνες ακτινοβολίας. Αυτά τα δοκάρια είναι αυτά που δίνουν τα pulsars το όνομά τους, καθώς εμφανίζονται σαν λάμψεις χάρη στην περιστροφή του αστεριού (δίνοντάς τους την εμφάνισή τους σαν «φάρος»). Όπως παρατήρησαν οι φυσικοί, αυτοί οι παλμοί είναι προβλέψιμοι και μπορούν επομένως να χρησιμοποιηθούν με τον ίδιο τρόπο που τα ατομικά ρολόγια και το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης βρίσκονται εδώ στη Γη.
Ενώ ο πρωταρχικός στόχος του NICER είναι η επιστήμη, προσφέρει επίσης τη δυνατότητα δοκιμής νέων μορφών τεχνολογίας. Για παράδειγμα, το όργανο θα χρησιμοποιηθεί για τη διεξαγωγή της πρώτης επίδειξης αυτόνομης πλοήγησης που βασίζεται σε ακτίνες Χ. Ως μέρος του Σταθμού Εξερεύνησης για Χρονοδιάγραμμα Ακτίνων Χ και Τεχνολογία Πλοήγησης (SEXTANT), η ομάδα θα χρησιμοποιήσει τα τηλεσκόπια της NICER για να ανιχνεύσει τις ακτίνες X που παράγονται από πάλσαρ για να εκτιμήσει τους χρόνους άφιξης των παλμών τους.
Στη συνέχεια, η ομάδα θα χρησιμοποιήσει ειδικά σχεδιασμένους αλγόριθμους για να δημιουργήσει μια ενσωματωμένη λύση πλοήγησης. Στο μέλλον, τα διαστρικά διαστημόπλοια θα μπορούσαν θεωρητικά να βασίζονται σε αυτό για να υπολογίσουν την τοποθεσία τους αυτόνομα. Αυτό το wold τους επιτρέπει να βρουν το δρόμο τους στο διάστημα χωρίς να χρειάζεται να βασίζονται στο Deep Space Network (DSN) της NASA, το οποίο θεωρείται το πιο ευαίσθητο σύστημα τηλεπικοινωνιών στον κόσμο.
Πέρα από την πλοήγηση, το έργο NICER ελπίζει επίσης να πραγματοποιήσει την πρώτη δοκιμή της βιωσιμότητας των επικοινωνιών που βασίζονται σε ακτίνες Χ (XCOM). Χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ για αποστολή και λήψη δεδομένων (με τον ίδιο τρόπο που χρησιμοποιούμε επί του παρόντος ραδιοκύματα), το διαστημικό σκάφος θα μπορούσε να μεταδίδει δεδομένα με ρυθμό gigabits ανά δευτερόλεπτο σε διαπλανητικές αποστάσεις. Μια τέτοια ικανότητα θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στον τρόπο που επικοινωνούμε με αποστολές, rover και τροχιά.
Κεντρικό σημείο και στις δύο επιδείξεις είναι το Modulated X-ray Source (MXS), το οποίο ανέπτυξε η ομάδα NICER για τη βαθμονόμηση των ανιχνευτών ωφέλιμου φορτίου και τη δοκιμή των αλγορίθμων πλοήγησης. Δημιουργώντας ακτίνες Χ με ταχύτατα μεταβαλλόμενη ένταση (ενεργοποιώντας και απενεργοποιώντας πολλές φορές ανά δευτερόλεπτο), αυτή η συσκευή θα προσομοιώσει τους παλμούς ενός αστέρα νετρονίων. Όπως εξήγησε ο Gendreau:
«Αυτό είναι ένα πολύ ενδιαφέρον πείραμα που κάνουμε στο διαστημικό σταθμό. Είχαμε μεγάλη υποστήριξη από τους επιστήμονες και τη διαστημική τεχνολογία στα κεντρικά γραφεία της NASA. Μας βοήθησαν να προωθήσουμε τις τεχνολογίες που καθιστούν δυνατή τη NICER καθώς και αυτές που θα επιδείξει η NICER. Η αποστολή είναι απίστευτα μονοπάτια σε διάφορα επίπεδα. "
Ελπίζουμε ότι το MXS θα είναι έτοιμο να στείλει στο σταθμό κάποια στιγμή το επόμενο έτος. την ώρα που θα μπορούσαν να ξεκινήσουν επιδείξεις πλοήγησης και επικοινωνίας. Και αναμένεται ότι πριν από τις 25 Ιουλίου, που θα σηματοδοτήσει την 50ή επέτειο της ανακάλυψης του Bell, η ομάδα θα έχει συλλέξει αρκετά δεδομένα για να παρουσιάσει ευρήματα σε επιστημονικά συνέδρια που έχουν προγραμματιστεί για αργότερα αυτό το έτος.
Εάν είναι επιτυχής, το NICER θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην κατανόησή μας για το πώς συμπεριφέρεται η αστέρια νετρονίων (και πώς συμπεριφέρεται η ύλη σε μια υπερ-πυκνή κατάσταση). Αυτή η γνώση θα μπορούσε επίσης να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε άλλα κοσμολογικά μυστήρια όπως οι μαύρες τρύπες. Επιπλέον, οι επικοινωνίες και η πλοήγηση με ακτίνες Χ θα μπορούσαν να φέρουν επανάσταση στην εξερεύνηση του διαστήματος και στα ταξίδια όπως το γνωρίζουμε. Εκτός από την παροχή μεγαλύτερων αποδόσεων από ρομποτικές αποστολές που βρίσκονται πιο κοντά στο σπίτι, θα μπορούσε επίσης να επιτρέψει πιο επικερδείς αποστολές σε τοποθεσίες στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα και ακόμη και πέρα.
