เมื่อดาวขนาดใหญ่ผ่านการยุบตัวของแรงโน้มถ่วงใกล้ถึงจุดสิ้นสุดของอายุการใช้งานดาวนิวตรอนมักเป็นผลลัพธ์ นี่คือสิ่งที่เหลืออยู่หลังจากที่ชั้นนอกของดาวถูกระเบิดในการระเบิดครั้งใหญ่ (เช่นซุปเปอร์โนวา) และแกนกลางถูกบีบอัดให้มีความหนาแน่นมาก หลังจากนั้นอัตราการหมุนรอบตัวของดาวฤกษ์จะเพิ่มขึ้นอย่างมากและเมื่อใดที่พวกมันเปล่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพวกมันก็จะกลายเป็น“ พัลซาร์”
และตอนนี้ 50 ปีหลังจากพวกเขาถูกค้นพบครั้งแรกโดยนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวอังกฤษโจเซลีนเบลล์ภารกิจแรกที่อุทิศให้กับการศึกษาวัตถุเหล่านี้กำลังจะถูกติดตั้ง เป็นที่รู้จักกันในนาม Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) การทดลองสองส่วนที่จะนำไปใช้กับสถานีอวกาศนานาชาติในฤดูร้อนนี้ หากทุกอย่างไปได้ด้วยดีแพลตฟอร์มนี้จะเผยให้เห็นถึงหนึ่งในความลึกลับทางดาราศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดและทดสอบเทคโนโลยีใหม่ ๆ
นักดาราศาสตร์ได้ศึกษาดาวนิวตรอนเป็นเวลาเกือบหนึ่งศตวรรษซึ่งให้ผลการตรวจวัดมวลและรัศมีที่แม่นยำมาก อย่างไรก็ตามสิ่งที่เกิดขึ้นจริงภายในดาวนิวตรอนยังคงเป็นปริศนาที่ยั่งยืน ในขณะที่รุ่นจำนวนมากได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่ออธิบายฟิสิกส์ที่ควบคุมการตกแต่งภายในของพวกเขา แต่ก็ยังไม่ชัดเจนว่าสสารจะทำงานภายใต้เงื่อนไขประเภทนี้อย่างไร
ไม่น่าแปลกใจเนื่องจากโดยทั่วไปแล้วดาวนิวตรอนจะมีมวลประมาณ 1.4 เท่ามวลดวงอาทิตย์ของเรา (หรือ 460,000 เท่าของมวลโลก) ภายในปริมาตรของอวกาศที่มีขนาดเท่ากับเมือง สถานการณ์แบบนี้ซึ่งสสารจำนวนมากถูกบรรจุลงในปริมาณที่น้อยมาก - ทำให้เกิดแรงโน้มถ่วงในการบดขยี้และความหนาแน่นของสสารที่ไม่น่าเชื่อ - จะไม่ปรากฏที่ใดในจักรวาล
ในฐานะที่เป็น Keith Gendreau นักวิทยาศาสตร์ที่ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของนาซ่าอธิบายในแถลงการณ์ขององค์การนาซ่าเมื่อไม่นานมานี้:
“ ธรรมชาติของสสารภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้เป็นปัญหาที่ไม่ได้รับการแก้ไขมานานหลายทศวรรษ ทฤษฎีได้ยกระดับแบบจำลองเพื่ออธิบายฟิสิกส์ที่ควบคุมการตกแต่งภายในของดาวนิวตรอน ด้วย NICER ในที่สุดเราสามารถทดสอบทฤษฎีเหล่านี้ด้วยการสังเกตที่แม่นยำ”
NICE ได้รับการพัฒนาโดยศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของนาซ่าด้วยความช่วยเหลือของสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ห้องปฏิบัติการวิจัยทางเรือและมหาวิทยาลัยทั่วทั้งสหรัฐอเมริกาและแคนาดา ประกอบด้วยอุปกรณ์ขนาดตู้เย็นที่มีกล้องโทรทรรศน์ X-ray 56 ตัวและเครื่องตรวจจับซิลิคอน แม้ว่าในตอนแรกมันตั้งใจจะนำไปใช้งานในช่วงปลายปี 2016 แต่จะไม่มีหน้าต่างเปิดตัวจนกระทั่งปีนี้
เมื่อติดตั้งเป็นส่วนบรรจุภายนอกบนสถานีอวกาศนานาชาติมันจะรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับดาวนิวตรอน (ส่วนใหญ่เป็นพัลซาร์) ในช่วง 18 เดือนโดยสังเกตดาวนิวตรอนในแถบ X-ray แม้ว่าดาวเหล่านี้จะเปล่งรังสีผ่านสเปกตรัม แต่เชื่อว่าการสำรวจด้วยรังสีเอกซ์นั้นน่าจะเป็นสิ่งที่มีแนวโน้มมากที่สุดเมื่อมันเผยให้เห็นสิ่งต่าง ๆ เกี่ยวกับโครงสร้างและปรากฏการณ์พลังงานสูงต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับพวกมัน
เหล่านี้รวมถึง starquakes ระเบิดแสนสาหัสและสนามแม่เหล็กที่ทรงพลังที่สุดที่รู้จักในจักรวาล ในการทำเช่นนี้ NICER จะรวบรวมรังสีเอกซ์ที่เกิดจากสนามแม่เหล็กและขั้วแม่เหล็กของดาวเหล่านี้ นี่เป็นกุญแจสำคัญเนื่องจากอยู่ที่เสาที่ความแรงของสนามแม่เหล็กของดาวนิวตรอนทำให้อนุภาคถูกกักและฝนบนพื้นผิวซึ่งก่อให้เกิดรังสีเอกซ์
ในพัลซาร์นั้นเป็นสนามแม่เหล็กที่รุนแรงซึ่งทำให้อนุภาคพลังงานกลายเป็นลำแสงโฟกัส ลำแสงเหล่านี้เป็นชื่อพัลซาร์ที่ปรากฏราวกับกะพริบวาบขอบคุณการหมุนรอบตัวของดาว (ให้ลักษณะคล้ายประภาคาร "ประภาคาร") ดังที่นักฟิสิกส์ได้สังเกตเห็นการเต้นของชีพจรเหล่านี้สามารถคาดการณ์ได้และสามารถนำมาใช้ในลักษณะเดียวกับนาฬิกาอะตอมและระบบกำหนดตำแหน่งโลกบนโลกนี้
ในขณะที่เป้าหมายหลักของ NICER คือวิทยาศาสตร์ แต่ก็มีความเป็นไปได้ในการทดสอบเทคโนโลยีรูปแบบใหม่ ตัวอย่างเช่นเครื่องมือจะใช้ในการสาธิตระบบนำทางด้วยรังสีเอกซ์พัลซาร์แบบอิสระเป็นครั้งแรก ในฐานะส่วนหนึ่งของ Station Explorer สำหรับการกำหนดเวลา X-ray และเทคโนโลยีการนำทาง (SEXTANT) ทีมจะใช้กล้องโทรทรรศน์ของ NICER ในการตรวจจับลำแสง X-ray ที่สร้างขึ้นโดยพัลซาร์เพื่อประมาณเวลาการมาถึงของพัลส์
ทีมจะใช้อัลกอริทึมที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อสร้างโซลูชันการนำทางบนกระดาน ในอนาคตยานอวกาศระหว่างดวงดาวสามารถพึ่งพาสิ่งนี้ได้ในทางทฤษฎีเพื่อคำนวณที่ตั้งของตนเอง ทุ่งนี้ช่วยให้พวกเขาหาทางของพวกเขาในอวกาศโดยไม่ต้องพึ่งพาเครือข่ายอวกาศลึกของนาซ่า (DSN) ซึ่งถือเป็นระบบโทรคมนาคมที่มีความอ่อนไหวที่สุดในโลก
นอกเหนือจากการนำทางโครงการ NICER ยังหวังว่าจะทำการทดสอบความมีชีวิตของการสื่อสารด้วย X-ray (XCOM) เป็นครั้งแรก ด้วยการใช้รังสีเอกซ์เพื่อส่งและรับข้อมูล (ในลักษณะเดียวกับที่เราใช้คลื่นวิทยุ) ยานอวกาศสามารถส่งข้อมูลด้วยอัตรากิกะบิตต่อวินาทีในระยะทางระหว่างดาวเคราะห์ ความสามารถดังกล่าวสามารถปฏิวัติวิธีที่เราสื่อสารกับภารกิจที่ทำงานเป็นทีมรถแลนด์โรเวอร์และวงโคจร
ศูนย์กลางของการสาธิตทั้งสองคือแหล่งรังสีเอกซ์ Modulated (MXS) ซึ่งทีมงาน NICER พัฒนาขึ้นเพื่อปรับเทียบเครื่องตรวจจับของน้ำหนักบรรทุกและทดสอบอัลกอริธึมการนำทาง การสร้างรังสีเอกซ์ด้วยความเข้มที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว (โดยการเปิดและปิดหลายครั้งต่อวินาที) อุปกรณ์นี้จะจำลองการเต้นของดาวนิวตรอน ดังที่ Gendreau อธิบาย:
“ นี่เป็นการทดลองที่น่าสนใจมากที่เรากำลังทำบนสถานีอวกาศ เราได้รับการสนับสนุนอย่างดีเยี่ยมจากกลุ่มวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอวกาศที่สำนักงานใหญ่ขององค์การนาซ่า พวกเขาช่วยเราพัฒนาเทคโนโลยีที่ทำให้ NICER เป็นไปได้เช่นเดียวกับ NICER ที่จะแสดงให้เห็น ภารกิจดังกล่าวเป็นที่ประจักษ์ชัดในหลายระดับ "
หวังว่า MXS จะพร้อมจัดส่งไปยังสถานีในปีหน้า ในเวลาใดการสาธิตการนำทางและการสื่อสารอาจเริ่มขึ้น และคาดว่าก่อนวันที่ 25 กรกฎาคมซึ่งจะเป็นวันครบรอบ 50 ปีของการค้นพบของเบลล์ทีมจะรวบรวมข้อมูลเพียงพอที่จะนำเสนอสิ่งที่ค้นพบในการประชุมทางวิทยาศาสตร์ที่กำหนดไว้สำหรับปีนี้
หากประสบความสำเร็จ NICER สามารถปฏิวัติความเข้าใจของเราเกี่ยวกับวิธีที่ดาวนิวตรอน (และพฤติกรรมของสสารในสภาวะที่หนาแน่นมาก) ความรู้นี้ยังสามารถช่วยให้เราเข้าใจความลึกลับทางดาราศาสตร์อื่น ๆ เช่นหลุมดำ ยิ่งไปกว่านั้นการสื่อสารและการนำทางด้วย X-ray สามารถปฏิวัติการสำรวจอวกาศและการเดินทางอย่างที่เรารู้ นอกเหนือจากการมอบผลตอบแทนที่มากขึ้นจากภารกิจหุ่นยนต์ที่อยู่ใกล้กับบ้านแล้วมันยังสามารถเปิดใช้งานภารกิจที่มีกำไรมากขึ้นไปยังสถานที่ในระบบสุริยจักรวาลด้านนอกและที่อื่น ๆ
