수명이 거의 다되어 큰 별이 중력 붕괴되면 중성자 별이 종종 발생합니다. 이것은 별의 바깥 층이 거대한 폭발 (즉, 초신성)에서 날아 났으며 핵심이 극도로 밀도가 높아진 후에 남아 있습니다. 그 후, 별의 회전 속도가 상당히 증가하고 전자기 광선을 방출하는 곳에서는 "펄서 (pulsar)"가됩니다.
그리고 영국 천체 물리학자인 조슬린 벨 (Jocelyn Bell)이 처음 발견 한 지 50 년이 지난 지금,이 물체에 대한 연구에 전념하는 첫 번째 임무는 곧 시작될 것입니다. 이번 여름에 국제 우주 정거장에 배치 될 두 부분으로 구성된 실험 인 중성자 별 인테리어 구성 탐색기 (NICER)라고합니다. 모든 것이 잘 진행된다면,이 플랫폼은 가장 큰 천문학적 미스터리 중 하나를 밝히고 새로운 기술을 테스트 할 것입니다.
천문학 자들은 거의 한 세기 동안 중성자 별을 연구 해 왔으며, 질량과 반지름을 매우 정확하게 측정했습니다. 그러나 실제로 중성자 별 내부에서 발생하는 것은 지속적인 미스터리로 남아 있습니다. 내부를 제어하는 물리학을 설명하는 수많은 모델이 발전했지만, 이러한 유형의 조건에서 물질이 어떻게 작용할지는 여전히 불분명합니다.
중성자 별은 일반적으로 도시 크기의 공간 내에서 태양 질량의 약 1.4 배 (지구 질량의 460,000 배)를 보유하기 때문에 놀라운 것은 아닙니다. 상당한 양의 물질이 매우 작은 부피로 채워 져서 중력 분쇄와 놀라운 물질 밀도를 초래하는 이런 종류의 상황은 우주의 다른 곳에서는 보이지 않습니다.
NASA의 Goddard 우주 비행 센터의 과학자 인 Keith Gendreau는 최근 NASA의 언론 보도에서 다음과 같이 설명했습니다.
“이러한 조건에서 물질의 본질은 수십 년 동안 해결되지 않은 문제입니다. 이론은 중성자 별의 내부를 지배하는 물리학을 설명하기 위해 수많은 모델을 발전시켰다. NICER를 사용하면 이러한 이론을 정밀하게 관찰 할 수 있습니다.”
NICE는 NASA의 Goddard 우주 비행 센터가 MIT (Massachusetts Institute of Technology), 해군 연구소 및 미국과 캐나다의 대학교의 지원을 받아 개발했습니다. 56 개의 X- 선 망원경과 실리콘 검출기를 포함하는 냉장고 크기의 장치로 구성되어 있습니다. 원래 2016 년 말에 배포되도록 설계되었지만 올해까지는 출시 창이 제공되지 않았습니다.
ISS에 외부 페이로드로 설치되면 18 개월 동안 X- 선 밴드의 중성자 별을 관찰하여 중성자 별 (주로 펄서)에 대한 데이터를 수집합니다. 비록이 별들이 스펙트럼을 가로 질러 방사선을 방출하지만, X- 선 관측은 그들의 구조와 그것들과 관련된 다양한 고 에너지 현상에 관한 것들을 드러 낼 때 가장 유망한 것으로 여겨집니다.
여기에는 별자리, 열핵 폭발 및 우주에 알려진 가장 강력한 자기장이 포함됩니다. 이를 위해 NICER는이 별들의 자기장과 자극에서 생성 된 X- 선을 수집합니다. 중성자 별의 자기장의 강도로 인해 입자가 표면에 갇히고 비가 내려와 X- 선을 생성하는 것이 극점에 있기 때문에 이것이 핵심입니다.
펄서에서는 에너지가 강한 입자가 집중된 방사선 빔이되도록하는 강력한 자기장입니다. 이 광선은 별의 회전 덕분에 펄서의 이름을 밝히는 것입니다 ( "등대"와 같은 모양을 부여 함). 물리학 자들이 관찰 한 바와 같이, 이러한 맥동은 예측 가능하므로 원자 시계와 지구 위치 시스템이 지구상에있는 것과 같은 방식으로 사용될 수 있습니다.
NICER의 주요 목표는 과학이지만 새로운 형태의 기술을 테스트 할 수도 있습니다. 예를 들어, 기기는 자율 X- 선 펄서 기반 내비게이션의 최초 시연을 수행하는 데 사용됩니다. X-ray 타이밍 및 내비게이션 기술 (SEXTANT) 용 스테이션 탐색기의 일부로, 팀은 NICER의 망원경을 사용하여 펄서에서 생성 된 X- 선 빔을 감지하여 펄스의 도착 시간을 추정합니다.
그런 다음 팀은 특별히 설계된 알고리즘을 사용하여 온보드 내비게이션 솔루션을 만듭니다. 미래에, 성간 우주선은 이론적으로 자신의 위치를 자율적으로 계산하기 위해 이것에 의존 할 수 있습니다. 이 상자를 통해 NASA의 DSN (Deep Space Network)에 의존하지 않고도 우주에서 자신의 길을 찾을 수 있습니다. 이는 세계에서 가장 민감한 통신 시스템으로 간주됩니다.
탐색 외에도 NICER 프로젝트는 X- 레이 기반 통신 (XCOM)의 실행 가능성에 대한 최초의 테스트를 수행하기를 희망합니다. 우주선은 X 선을 사용하여 데이터를 보내고 받고 (현재 전파를 사용하는 것과 같은 방식으로) 행성 간 거리에서 초당 기가비트의 속도로 데이터를 전송할 수 있습니다. 이러한 능력은 우리가 승무원, 로버 및 궤도 인과 의사 소통하는 방식을 혁신 할 수 있습니다.
두 시연의 중심에는 NICER 팀이 페이로드 탐지기를 교정하고 탐색 알고리즘을 테스트하기 위해 개발 한 MXS (Modulated X-ray Source)가 있습니다. 초마다 여러 번 켜고 끄는 방식으로 빠르게 변화하는 강도로 X- 선을 생성하는이 장치는 중성자 별의 맥동을 시뮬레이션합니다. Gendreau가 설명했듯이 :
“이것은 우리가 우주 정거장에서하고있는 매우 흥미로운 실험입니다. 우리는 NASA 본사의 과학 및 우주 기술 담당자로부터 많은 지원을 받았습니다. 이들은 NICER이 가능하게하는 기술과 NICER이 보여줄 기술을 발전시키는 데 도움이되었습니다. 그 임무는 몇 가지 다른 수준에서 타 오르고 있습니다.”
MXS가 내년 언젠가 스테이션으로 운송 될 준비가 되길 바란다. 이때 탐색 및 통신 데모가 시작될 수 있습니다. 그리고 Bell의 발견 50 주년을 맞이할 7 월 25 일 이전에이 팀은 올 하반기에 예정된 과학 컨퍼런스에서 발견 된 자료를 수집하기에 충분한 데이터를 수집 할 것으로 예상됩니다.
성공하면, NICER는 중성자 별 (및 고밀도 상태에서 물질이 어떻게 행동하는지)에 대한 우리의 이해에 혁명을 가져올 수있었습니다. 이 지식은 또한 블랙홀과 같은 다른 우주의 신비를 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 X 선 통신 및 내비게이션은 우주 탐사에 혁명을 가져다 줄 수 있습니다. 집 근처에 위치한 로봇 임무에서 더 큰 수익을 제공 할뿐만 아니라, 외부 태양계의 위치와 그 너머까지 더 유리한 임무를 수행 할 수 있습니다.
