Τα αστέρια νετρονίων έχουν χαρακτηριστεί ως «undead»… πραγματικά αστέρια ζόμπι. Γεννιούνται όταν ένα τεράστιο αστέρι καταρρέει κάτω από τη βαρύτητά του και τα εξωτερικά του στρώματα διοχετεύονται πολύ μακριά, ξεπερνώντας ένα δισεκατομμύριο ήλιους, σε ένα γεγονός του σουπερνόβα. Αυτό που μένει είναι ένα αστρικό πτώμα… ένας πυρήνας αδιανόητης πυκνότητας… όπου ένα κουταλάκι του γλυκού ζυγίζει περίπου ένα δισεκατομμύριο τόνους στη Γη. Πώς θα μελετούσαμε μια τέτοια περιέργεια; Η NASA πρότεινε μια αποστολή που ονομάζεται Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) που θα ανιχνεύσει το ζόμπι και θα μας επιτρέψει να δούμε στη σκοτεινή καρδιά ενός αστέρα νετρονίων.
Ο πυρήνας ενός αστεριού νετρονίων είναι αρκετά απίστευτος. Παρά το γεγονός ότι έχει εκραγεί το μεγαλύτερο μέρος της εξωτερικής του και έχει σταματήσει την πυρηνική σύντηξη, εξακολουθεί να εκπέμπει θερμότητα από την έκρηξη και εκπέμπει ένα μαγνητικό πεδίο που συμβουλεύει τις κλίμακες. Αυτή η έντονη μορφή ακτινοβολίας που προκαλείται από την κατάρρευση του πυρήνα μετρά πάνω από ένα τρισεκατομμύριο φορές ισχυρότερη από το μαγνητικό πεδίο της Γης. Εάν δεν το πιστεύετε τόσο εντυπωσιακό, τότε σκεφτείτε το μέγεθος. Αρχικά, το αστέρι θα μπορούσε να είχε διάμετρο τρισεκατομμυρίων μιλίων ή περισσότερο, αλλά τώρα συμπιέζεται στο μέγεθος μιας μέσης πόλης. Αυτό κάνει ένα αστέρι νετρονίων ένα μικροσκοπικό δυναμό - ικανό να συμπυκνώσει την ύλη μέσα του περισσότερο από 1,4 φορές το περιεχόμενο του Ήλιου, ή τουλάχιστον 460.000 Γη.
«Ένα αστέρι νετρονίων βρίσκεται ακριβώς στο κατώφλι της ύλης καθώς μπορεί να υπάρξει - αν γίνει πιο πυκνό, γίνεται μια μαύρη τρύπα», λέει ο Δρ Zaven Arzoumanian του Goddard Space Flight Center της NASA στο Greenbelt, Maryland. «Δεν έχουμε κανένα τρόπο να δημιουργήσουμε εσωτερικούς χώρους με αστέρια νετρονίων στη Γη, οπότε αυτό που συμβαίνει να έχει σημασία υπό τόσο απίστευτη πίεση είναι ένα μυστήριο - υπάρχουν πολλές θεωρίες για το πώς συμπεριφέρεται. Το πλησιέστερο που πλησιάζουμε στην προσομοίωση αυτών των συνθηκών είναι σε επιταχυντές σωματιδίων που συνθλίβουν άτομα σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός. Ωστόσο, αυτές οι συγκρούσεις δεν είναι ακριβές υποκατάστατο - διαρκούν μόνο ένα δευτερόλεπτο και δημιουργούν θερμοκρασίες που είναι πολύ υψηλότερες από αυτές που βρίσκονται στα αστέρια νετρονίων. "
Εάν εγκριθεί, η αποστολή NICER θα ξεκινήσει το καλοκαίρι του 2016 και θα συνδεθεί ρομποτικά στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Τον Σεπτέμβριο του 2011, η NASA επέλεξε το NICER για μελέτη ως δυνητική αποστολή εξερεύνησης ευκαιριών. Η αποστολή θα λάβει 250.000 $ για να πραγματοποιήσει μια μελέτη έννοιας υλοποίησης 11 μηνών. Πέντε προτάσεις αποστολής ευκαιρίας επιλέχθηκαν από 20 υποβολές. Μετά τις λεπτομερείς μελέτες, η NASA σκοπεύει να επιλέξει για ανάπτυξη μία ή περισσότερες από τις πέντε προτάσεις αποστολής ευκαιρίας τον Φεβρουάριο του 2013.
Τι θα κάνει η NICER; Πρώτα απ 'όλα, μια σειρά από 56 τηλεσκόπια θα συλλέξει πληροφορίες ακτίνων Χ από μαγνητικούς πόλους και σημεία με αστέρια νετρονίων. Από αυτές τις περιοχές τα αστέρια ζόμπι μας απελευθερώνουν ακτίνες Χ, και καθώς περιστρέφονται δημιουργούν έναν παλμό φωτός - έτσι ο όρος «πάλσαρ». Καθώς το αστέρι νετρονίων συρρικνώνεται, περιστρέφεται γρηγορότερα και η προκύπτουσα έντονη βαρύτητα μπορεί να τραβήξει υλικό από ένα αστέρι που βρίσκεται σε τροχιά. Μερικά από αυτά τα pulsars περιστρέφονται τόσο γρήγορα που μπορούν να φτάσουν ταχύτητες αρκετών εκατοντάδων περιστροφών ανά δευτερόλεπτο! Αυτό που οι επιστήμονες θέλουν να καταλάβουν είναι πώς συμπεριφέρεται η ύλη μέσα σε ένα αστέρι νετρονίων και «καρφιτσώνει τη σωστή εξίσωση της κατάστασης (EOS) που περιγράφει με μεγαλύτερη ακρίβεια πώς αντιδρά η ύλη στην αυξανόμενη πίεση. Επί του παρόντος, υπάρχουν πολλά προτεινόμενα EOS, το καθένα προτείνει ότι η ύλη μπορεί να συμπιεστεί από διαφορετικές ποσότητες μέσα στα αστέρια νετρονίων. Ας υποθέσουμε ότι κρατήσατε δύο μπάλες του ίδιου μεγέθους, αλλά η μία ήταν από αφρό και η άλλη ήταν από ξύλο. Θα μπορούσατε να συμπιέσετε την μπάλα αφρού σε μικρότερο μέγεθος από το ξύλινο. Με τον ίδιο τρόπο, ένα EOS που λέει ότι η ύλη είναι πολύ συμπιέσιμη θα προβλέψει ένα μικρότερο αστέρι νετρονίων για μια δεδομένη μάζα από ένα EOS που λέει ότι η ύλη είναι λιγότερο συμπιέσιμη. "
Τώρα το μόνο που χρειάζεται να κάνει η NICER είναι να μας βοηθήσει να μετρήσουμε τη μάζα ενός pulsar. Μόλις καθοριστεί, μπορούμε να λάβουμε ένα σωστό EOS και να ξεκλειδώσουμε το μυστήριο του τρόπου με τον οποίο η ύλη συμπεριφέρεται υπό έντονη βαρύτητα. «Το πρόβλημα είναι ότι τα αστέρια νετρονίων είναι μικρά και πολύ μακριά για να επιτρέψουν την άμεση μέτρηση των μεγεθών τους», λέει ο κύριος ερευνητής της NICER, Dr. Keith Gendreau της NASA Goddard. «Ωστόσο, το NICER θα είναι η πρώτη αποστολή που έχει αρκετή ευαισθησία και ανάλυση χρόνου για να υπολογίσει το μέγεθος ενός αστέρα νετρονίων έμμεσα. Το κλειδί είναι να μετρήσουμε με ακρίβεια πόσο αλλάζει η φωτεινότητα των ακτίνων Χ καθώς περιστρέφεται το αστέρι νετρονίων. "
Λοιπόν, τι άλλο κάνει το αστέρι ζόμπι μας που είναι εντυπωσιακό; Λόγω της υπερβολικής βαρύτητάς τους σε τόσο μικρό όγκο, διαστρεβλώνουν χώρο / χρόνο σύμφωνα με τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Είναι αυτός ο χώρος «στημόνι» που επιτρέπει στους αστρονόμους να αποκαλύψουν την παρουσία ενός συνοδευτικού αστέρα. Παράγει επίσης αποτελέσματα όπως μια τροχιακή μετατόπιση που ονομάζεται pressionion, επιτρέποντας στο ζεύγος να περιστρέφεται γύρω από το ένα το άλλο προκαλώντας βαρυτικά κύματα και παράγοντας μετρήσιμη τροχιακή ενέργεια. Ένας από τους στόχους της NICER είναι να ανιχνεύσει αυτά τα αποτελέσματα. Το ίδιο το στημόνι θα επιτρέψει στην ομάδα να καθορίσει το μέγεθος του αστεριού νετρονίων. Πως? Φανταστείτε να σπρώχνετε το δάχτυλό σας σε ένα ελαστικό υλικό - τότε φανταστείτε να πιέζετε ολόκληρο το χέρι σας πάνω του. Όσο μικρότερο είναι το αστέρι νετρονίων, τόσο περισσότερο θα παραμορφώσει το διάστημα και το φως.
Εδώ οι καμπύλες φωτός γίνονται πολύ σημαντικές. Όταν τα hotspots ενός αστεριού νετρονίων ευθυγραμμίζονται με τις παρατηρήσεις μας, η φωτεινότητα αυξάνεται καθώς κάποιος περιστρέφεται στην προβολή και εξασθενίζει καθώς περιστρέφεται μακριά. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια καμπύλη φωτός με μεγάλα κύματα. Όμως, όταν παραμορφώνεται ο χώρος, μας επιτρέπεται να βλέπουμε γύρω από την καμπύλη και να βλέπουμε το δεύτερο hotspot - με αποτέλεσμα μια ελαφριά καμπύλη με πιο ομαλά, μικρότερα κύματα. Η ομάδα διαθέτει μοντέλα που παράγουν «μοναδικές καμπύλες φωτός για τα διάφορα μεγέθη που προβλέπονται από διαφορετικά EOS. Επιλέγοντας την καμπύλη φωτός που ταιριάζει καλύτερα με την παρατηρούμενη, θα πάρουν το σωστό EOS και θα λύσουν το αίνιγμα της ύλης στην άκρη της λήθης. "
Και αναπνεύστε ζωή σε αστέρια ζόμπι…
Πρωτότυπη Πηγή Ιστορίας: Νέα της Αποστολής της NASA.
