عندما يتعرض نجم كبير لانهيار جاذبي قرب نهاية عمره الافتراضي ، غالبًا ما يكون نجم نيوتروني هو النتيجة. هذا ما يتبقى بعد انفجار الطبقات الخارجية للنجم في انفجار هائل (أي مستعر أعظم) وضغط اللب إلى كثافة قصوى. بعد ذلك ، يزداد معدل دوران النجم بشكل كبير ، وحيثما تصدر حزمًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، فإنها تصبح 'نجومًا نابضة'.
والآن ، بعد 50 عامًا من اكتشافها لأول مرة من قبل عالمة الفيزياء الفلكية البريطانية جوسلين بيل ، توشك أول مهمة مخصصة لدراسة هذه الأجسام على أن يتم تركيبها. ومن المعروف باسم مستكشف التركيب الداخلي من نيوترون ستار (NICER) ، وهي تجربة من جزأين سيتم نشرها في محطة الفضاء الدولية هذا الصيف. إذا سارت الأمور على ما يرام ، ستلقي هذه المنصة الضوء على أحد أعظم الألغاز الفلكية ، وتختبر التقنيات الجديدة.
عكف علماء الفلك على دراسة النجوم النيوترونية لما يقرب من قرن من الزمان ، مما أسفر عن بعض القياسات الدقيقة جدًا لكتلها وأنصاف أقطارها. ومع ذلك ، فإن ما يحدث بالفعل في باطن النجم النيوتروني يظل لغزًا دائمًا. في حين تم تطوير العديد من النماذج التي تصف الفيزياء التي تحكم تصميماتها الداخلية ، لا يزال من غير الواضح كيف ستتصرف المادة في ظل هذه الأنواع من الظروف.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/transcoded/4/4d/Millisecond_pulsar_and_accretion_disk_-_NASA_animation_٪28hi-res٪29.ogv/Millisecond_pulsar_and_accretion_disk_-_NASA_animation_.480٪ليس من المستغرب ، لأن النجوم النيوترونية تمتلك عادة حوالي 1.4 مرة كتلة شمسنا (أو 460.000 ضعف كتلة الأرض) في مساحة من الفضاء تعادل حجم مدينة. هذا النوع من المواقف ، حيث يتم حشو كمية كبيرة من المادة في حجم صغير جدًا - مما يؤدي إلى جاذبية ساحقة وكثافة مادة لا تصدق - لا يُرى في أي مكان آخر في الكون.
كما أوضح كيث جيندرو ، العالم في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا ، في وكالة ناسا الأخيرة بيان صحفي :
إن طبيعة المادة في ظل هذه الظروف هي مشكلة عمرها عقود لم يتم حلها. طورت النظرية مجموعة من النماذج لوصف الفيزياء التي تحكم الأجزاء الداخلية للنجوم النيوترونية. مع NICER ، يمكننا أخيرًا اختبار هذه النظريات بملاحظات دقيقة '.
تم تطوير NICE بواسطة مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا بمساعدة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) ومختبر الأبحاث البحرية والجامعات في جميع أنحاء الولايات المتحدة وكندا. وهو يتألف من جهاز بحجم الثلاجة يحتوي على 56 تلسكوبًا للأشعة السينية وكاشفات للسيليكون. على الرغم من أنه كان من المقرر في الأصل نشره في أواخر عام 2016 ، إلا أن نافذة الإطلاق لم تصبح متاحة حتى هذا العام.
بمجرد تثبيتها كحمولة خارجية على متن محطة الفضاء الدولية ، ستجمع البيانات عن النجوم النيوترونية (النجوم النابضة بشكل أساسي) على مدى 18 شهرًا من خلال مراقبة النجوم النيوترونية في نطاق الأشعة السينية. على الرغم من أن هذه النجوم تنبعث منها إشعاعات عبر الطيف ، إلا أنه يُعتقد أن ملاحظات الأشعة السينية هي الأكثر واعدة عندما يتعلق الأمر بالكشف عن أشياء حول هيكلها ومختلف الظواهر عالية الطاقة المرتبطة بها.
سيظهر SEXTANT قدرة تحديد موقع مطلقة تشبه GPS من خلال مراقبة النجوم النابضة بالمللي ثانية. الائتمان: ناسا
وتشمل هذه الزلازل ، والانفجارات النووية الحرارية ، وأقوى المجالات المغناطيسية المعروفة في الكون. للقيام بذلك ، سيقوم NICER بجمع الأشعة السينية المتولدة من الحقول المغناطيسية والأقطاب المغناطيسية لهذه النجوم. هذا هو المفتاح ، لأن قوة الحقول المغناطيسية للنجم النيوتروني تتسبب في حبس الجسيمات وتساقط الأمطار على السطح ، مما ينتج عنه الأشعة السينية في القطبين.
في النجوم النابضة ، هذه الحقول المغناطيسية الشديدة هي التي تجعل الجسيمات النشطة تصبح حزمًا مركزة من الإشعاع. هذه الحزم هي التي تعطي النجوم النابضة اسمها ، حيث تبدو مثل ومضات بفضل دوران النجم (مما يمنحها مظهرها الشبيه بالمنارة). كما لاحظ علماء الفيزياء ، فإن هذه النبضات يمكن التنبؤ بها ، وبالتالي يمكن استخدامها بنفس الطريقة التي توجد بها الساعات الذرية ونظام تحديد المواقع العالمي هنا على الأرض.
في حين أن الهدف الأساسي لـ NICER هو العلم ، فإنه يوفر أيضًا إمكانية اختبار أشكال جديدة من التكنولوجيا. على سبيل المثال ، سيتم استخدام الأداة لإجراء أول عرض توضيحي على الإطلاق للملاحة المستقلة القائمة على النجوم النابضة بالأشعة السينية. كجزء من مستكشف المحطة لتوقيت الأشعة السينية وتكنولوجيا الملاحة (SEXTANT) ، سيستخدم الفريق تلسكوبات NICER لاكتشاف حزم الأشعة السينية الناتجة عن النجوم النابضة لتقدير أوقات وصول نبضاتها.
سيستخدم الفريق بعد ذلك خوارزميات مصممة خصيصًا لإنشاء حل تنقل على متن الطائرة. في المستقبل ، يمكن لسفن الفضاء بين النجوم الاعتماد نظريًا على هذا لحساب موقعها بشكل مستقل. يتيح لهم هذا القاع إيجاد طريقهم في الفضاء دون الحاجة إلى الاعتماد على وكالة ناسا شبكة الفضاء السحيق (DSN) ، والذي يعتبر أكثر أنظمة الاتصالات حساسية في العالم.
بالإضافة إلى الملاحة ، يأمل مشروع NICER أيضًا في إجراء أول اختبار على الإطلاق لجدوى الاتصالات القائمة على الأشعة السينية (XCOM). باستخدام الأشعة السينية لإرسال واستقبال البيانات (بنفس الطريقة التي نستخدم بها الموجات الراديوية حاليًا) ، يمكن للمركبة الفضائية أن تنقل البيانات بمعدل جيجابت في الثانية على مسافات بين الكواكب. مثل هذه القدرة يمكن أن تحدث ثورة في الطريقة التي نتواصل بها مع المهمات المأهولة والمركبات الجوالة والمركبات المدارية.
مركز كل من المظاهرتين هو مصدر الأشعة السينية المعدل (MXS) ، التي طورها فريق NICER لمعايرة أجهزة الكشف عن الحمولة واختبار خوارزميات التنقل. يولد هذا الجهاز أشعة سينية بكثافة متغيرة بسرعة (عن طريق تشغيل وإيقاف عدة مرات في الثانية) ، سيحاكي نبضات النجم النيوتروني. مثل جيندرو شرح :
'هذه تجربة ممتعة للغاية نقوم بها في محطة الفضاء. لقد حصلنا على الكثير من الدعم الكبير من العاملين في مجال العلوم وتكنولوجيا الفضاء في مقر ناسا. لقد ساعدونا في تطوير التقنيات التي تجعل NICER ممكنًا وكذلك تلك التي سيظهرها NICER. المهمة هي إطلاق النار على المسارات على عدة مستويات مختلفة '.
من المأمول أن تكون MXS جاهزة للشحن إلى المحطة في وقت ما من العام المقبل ؛ في ذلك الوقت ، يمكن أن تبدأ عروض الملاحة والتواصل. ومن المتوقع أنه قبل 25 يوليو ، الذي يصادف الذكرى الخمسين لاكتشاف بيل ، سيكون الفريق قد جمع بيانات كافية لتقديم النتائج في المؤتمرات العلمية المقرر عقدها في وقت لاحق من هذا العام.
إذا نجحت ، يمكن لـ NICER إحداث ثورة في فهمنا لكيفية تصرف النجوم النيوترونية (وكيف تتصرف المادة في حالة فائقة الكثافة). يمكن أن تساعدنا هذه المعرفة أيضًا في فهم الألغاز الكونية الأخرى مثل الثقوب السوداء. علاوة على ذلك ، يمكن للاتصالات والأشعة السينية أن تحدث ثورة في استكشاف الفضاء والسفر كما نعرفه. بالإضافة إلى توفير عوائد أكبر من المهمات الروبوتية الموجودة بالقرب من المنزل ، فإنه يمكن أيضًا تمكين المزيد من المهام المربحة إلى مواقع في النظام الشمسي الخارجي وحتى خارجها.
قراءة متعمقة: ناسا