Ak sa veľká hviezda blíži ku koncu svojej životnosti, gravitačný kolaps je často výsledkom neutrónovej hviezdy. To je to, čo zostane po odfúknutí vonkajších vrstiev hviezdy pri masívnom výbuchu (t.j. supernova) a jadro sa stlačí na extrémnu hustotu. Potom sa rýchlosť rotácie hviezdy značne zvyšuje a tam, kde vyžarujú lúče elektromagnetického žiarenia, sa stanú „pulzármi“.
A teraz, 50 rokov po tom, ako ich prvýkrát objavil britský astrofyzik Jocelyn Bell, sa chystá prvá misia venovaná štúdiu týchto predmetov. Je známy ako prieskumník zloženia interiérov Neutron Star (NICER), experiment pozostávajúci z dvoch častí, ktorý bude tento rok v lete nasadený na Medzinárodnú vesmírnu stanicu. Ak všetko pôjde dobre, táto platforma vrhne svetlo na jednu z najväčších astronomických záhad a otestuje nové technológie.
Astronómovia študujú neutrónové hviezdy už takmer sto rokov, čo prinieslo niektoré veľmi presné merania ich hmotnosti a polomerov. To, čo sa skutočne prejaví vo vnútri neutrónovej hviezdy, však zostáva trvalým tajomstvom. Aj keď už boli vyvinuté mnohé modely, ktoré popisujú fyziku, ktorá riadi ich interiéry, nie je jasné, ako sa bude správať za týchto podmienok.
To nie je prekvapujúce, pretože neutrónové hviezdy typicky držia asi 1,4-násobok hmotnosti nášho Slnka (alebo 460 000-násobok hmotnosti Zeme) v objeme priestoru, ktorý je veľkosťou mesta. Tento druh situácie, keď je značné množstvo hmoty zabalené do veľmi malého objemu - čo vedie k drvivej gravitácii a neuveriteľnej hustote hmoty - nikde inde vo vesmíre nie je vidieť.
Ako Keith Gendreau, vedec z Goddard Space Flight Center NASA, vysvetlil v nedávnom tlačovom vyhlásení NASA:
„Povaha hmoty za týchto podmienok je desaťročným nevyriešeným problémom. Teória vyvinula celý rad modelov na popísanie fyziky ovládajúcej vnútro neutrónových hviezd. S NICER môžeme tieto teórie konečne testovať s presnými pozorovaniami. “
NICE bol vyvinutý Goddard Space Flight Center NASA s pomocou Massachusetts Institute of Technology (MIT), Naval Research Laboratory a univerzít v USA a Kanade. Skladá sa z prístroja veľkosti chladničky, ktorý obsahuje 56 röntgenových teleskopov a kremíkových detektorov. Hoci sa pôvodne plánovalo nasadenie koncom roka 2016, otváracie okno bolo k dispozícii až v tomto roku.
Po inštalácii ako externé užitočné zaťaženie na palube ISS bude zhromažďovať údaje o neutrónových hviezdach (najmä pulzary) počas 18-mesačného obdobia pozorovaním neutrónových hviezd v röntgenovom pásme. Aj keď tieto hviezdy emitujú žiarenie v celom spektre, röntgenové pozorovania sa považujú za najsľubnejšie, pokiaľ ide o odhaľovanie vecí o ich štruktúre a rôznych vysokoenergetických javoch, ktoré sú s nimi spojené.
Patria medzi ne hviezdy, termonukleárne explózie a najmocnejšie magnetické polia známe vo vesmíre. Za týmto účelom spoločnosť NICER zbiera röntgenové lúče generované z magnetických polí a magnetických pólov týchto hviezd. Toto je kľúčové, pretože sila magnetických polí neutrónovej hviezdy spôsobuje póly, ktoré zachytávajú častice a prší na povrchu, čo vytvára röntgenové lúče.
V pulzaroch tieto intenzívne magnetické polia spôsobujú, že energetické častice sa stanú zaostrenými lúčmi žiarenia. Tieto lúče dávajú pulzanom svoje meno, pretože sa javia ako záblesky vďaka rotácii hviezdy (čo im dáva vzhľad „majáka“). Ako pozorovali fyzici, tieto pulzácie sú predvídateľné, a preto ich možno použiť rovnakým spôsobom, ako sú tu na Zemi atómové hodiny a globálny pozičný systém.
Kým primárnym cieľom spoločnosti NICER je veda, ponúka tiež možnosť testovania nových foriem technológie. Tento prístroj sa napríklad použije na uskutočnenie vôbec prvej demonštrácie autonómnej navigácie založenej na röntgenových pulzároch. V rámci prieskumníka staníc pre technológiu RTG a načasovanie röntgenového žiarenia (SEXTANT) tím použije teleskopy spoločnosti NICER na detekciu röntgenových lúčov generovaných pulzármi na odhadnutie času príchodu ich impulzov.
Tím potom použije špeciálne navrhnuté algoritmy na vytvorenie palubného navigačného riešenia. V budúcnosti by sa medzihviezdne kozmické lode mohli teoreticky spoľahnúť na to, aby vypočítali svoju polohu autonómne. Toto slovo im umožňuje nájsť cestu do vesmíru bez nutnosti spoliehať sa na sieť Deep Space Network (DSN) NASA, ktorá sa považuje za najcitlivejší telekomunikačný systém na svete.
Okrem navigácie projekt NICER tiež dúfa, že vykoná vôbec prvý test životaschopnosti komunikácie založenej na röntgenovom žiarení (XCOM). Použitím röntgenových lúčov na odosielanie a prijímanie údajov (rovnakým spôsobom ako v súčasnosti využívame rádiové vlny) mohla kozmická loď prenášať údaje rýchlosťou gigabitov za sekundu na medziplanetárne vzdialenosti. Takáto kapacita by mohla spôsobiť revolúciu v spôsobe, akým komunikujeme s posádkami, rovermi a obežnými dráhami.
Centrom oboch demonštrácií je modulovaný zdroj röntgenových lúčov (MXS), ktorý tím NICER vyvinul na kalibráciu detektorov užitočného zaťaženia a testovanie navigačných algoritmov. Toto zariadenie bude generovať röntgenové lúče s rýchlo sa meniacou intenzitou (zapínaním a vypínaním mnohokrát za sekundu), toto zariadenie bude simulovať pulzácie neutrónovej hviezdy. Ako vysvetlil Gendreau:
„Je to veľmi zaujímavý experiment, ktorý robíme na vesmírnej stanici. V centrále NASA sme mali veľkú podporu ľudí z oblasti vedy a kozmických technológií. Pomohli nám napredovať v technológiách, ktoré umožňujú spoločnosť NICER, ako aj technológií, ktoré spoločnosť NICER preukáže. Poslaním je horiace chodníky na niekoľkých rôznych úrovniach. “
Očakáva sa, že MXS bude pripravená na odoslanie na stanicu niekedy budúci rok; kedy by sa mohli začať navigačné a komunikačné demonštrácie. Očakáva sa, že do 25. júla, ktorý bude pri príležitosti 50. výročia objavu Bell, bude tím zhromaždiť dostatok údajov na prezentáciu zistení na vedeckých konferenciách naplánovaných na tento rok.
Ak bude úspešný, NICER by mohol prevrátiť naše chápanie toho, ako sa správajú neutrónové hviezdy (a ako sa správa hmota v super hustom stave). Tieto znalosti by nám tiež mohli pomôcť porozumieť iným kozmologickým záhadám, ako sú napríklad čierne diery. Navyše, röntgenová komunikácia a navigácia by mohli spôsobiť revolúciu v prieskume vesmíru a cestovaní, ako ho poznáme. Okrem poskytovania vyšších výnosov z robotických misií umiestnených bližšie k domovu by to tiež mohlo umožniť lukratívnejšie misie do miest vo vonkajšej slnečnej sústave a dokonca aj mimo nej.
