Apabila bintang besar mengalami keruntuhan graviti menjelang akhir jangka hayatnya, bintang neutron sering menjadi hasilnya. Inilah yang tersisa setelah lapisan luar bintang diletupkan dalam letupan besar (iaitu supernova) dan intinya telah dimampatkan hingga ketumpatan yang melampau. Selepas itu, kadar putaran bintang meningkat dengan ketara, dan di mana mereka memancarkan pancaran sinaran elektromagnetik, mereka menjadi "pulsar".
Dan sekarang, 50 tahun setelah mereka pertama kali ditemui oleh ahli astrofizik Inggeris Jocelyn Bell, misi pertama yang dikhaskan untuk kajian objek-objek ini akan dipasang. Ia dikenali sebagai Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER), percubaan dua bahagian yang akan dikerahkan ke Stesen Angkasa Antarabangsa musim panas ini. Sekiranya semuanya berjalan lancar, platform ini akan menjelaskan salah satu misteri astronomi terhebat, dan menguji teknologi baru.
Ahli astronomi telah mengkaji bintang neutron selama hampir satu abad, yang telah menghasilkan beberapa ukuran massa dan jari-jari mereka yang sangat tepat. Namun, apa yang sebenarnya berlaku di bahagian dalam bintang neutron tetap menjadi misteri yang berkekalan. Walaupun banyak model telah maju yang menggambarkan fizik yang mengatur dalamannya, masih belum jelas bagaimana jasad akan bertindak dalam keadaan seperti ini.
Tidak menghairankan, kerana bintang-bintang neutron biasanya menyimpan sekitar 1.4 kali jisim Matahari kita (atau 460.000 kali jisim Bumi) dalam jumlah ruang yang seukuran bandar. Situasi seperti ini, di mana sejumlah besar bahan dimasukkan ke dalam isipadu yang sangat kecil - mengakibatkan graviti yang dihancurkan dan kepadatan bahan yang luar biasa - tidak dapat dilihat di tempat lain di Alam Semesta.
Seperti yang dijelaskan oleh Keith Gendreau, seorang saintis di Pusat Penerbangan Angkasa Goddard NASA, dalam kenyataan media NASA baru-baru ini:
"Sifat jirim dalam keadaan ini adalah masalah yang tidak dapat diselesaikan selama puluhan tahun. Teori telah mengembangkan sejumlah model untuk menggambarkan fizik yang mengatur bahagian dalam bintang neutron. Dengan NICER, kita akhirnya dapat menguji teori-teori ini dengan pemerhatian yang tepat. "
NICE dibangunkan oleh Pusat Penerbangan Angkasa Goddard NASA dengan bantuan Massachusetts Institute of Technology (MIT), Makmal Penyelidikan Tentera Laut, dan universiti di seluruh A.S. dan Kanada. Ia terdiri daripada alat bersaiz peti sejuk yang mengandungi 56 teleskop sinar-X dan pengesan silikon. Walaupun awalnya dimaksudkan untuk digunakan pada akhir tahun 2016, jendela pelancaran tidak tersedia hingga tahun ini.
Setelah dipasang sebagai muatan luaran di ISS, ia akan mengumpulkan data mengenai bintang neutron (terutamanya pulsar) dalam tempoh 18 bulan dengan memerhatikan bintang neutron dalam jalur sinar-X. Walaupun bintang-bintang ini memancarkan radiasi di seluruh spektrum, pemerhatian sinar-X diyakini paling menjanjikan ketika mendedahkan hal-hal mengenai strukturnya dan pelbagai fenomena tenaga tinggi yang berkaitan dengannya.
Ini termasuk gempa bintang, letupan termonuklear, dan medan magnet paling kuat yang diketahui di Alam Semesta. Untuk melakukan ini, NICER akan mengumpulkan sinar-X yang dihasilkan dari medan magnet dan kutub magnet bintang-bintang ini. Ini adalah kunci, kerana di kutub kekuatan medan magnet bintang neutron menyebabkan zarah terperangkap dan hujan turun di permukaan, yang menghasilkan sinar-X.
Dalam pulsar, medan magnet yang kuat inilah yang menyebabkan zarah-zarah bertenaga menjadi pancaran sinaran fokus. Rasuk ini memberi pulsar nama mereka, kerana ia kelihatan seperti kilatan berkat putaran bintang (memberi mereka penampilan seperti "rumah api") Seperti yang diperhatikan oleh ahli fizik, denyutan ini dapat diramalkan, dan oleh itu dapat digunakan dengan cara yang sama seperti jam atom dan Sistem Penentududukan Global di Bumi.
Walaupun tujuan utama NICER adalah sains, ia juga menawarkan kemungkinan untuk menguji bentuk teknologi baru. Sebagai contoh, instrumen ini akan digunakan untuk melakukan demonstrasi navigasi berasaskan pulsar sinar-X yang pertama. Sebagai sebahagian daripada Station Explorer untuk Teknologi X-ray Timing and Navigation (SEXTANT), pasukan akan menggunakan teleskop NICER untuk mengesan sinar X-ray yang dihasilkan oleh pulsar untuk menganggarkan waktu kedatangan denyut nadi mereka.
Pasukan ini kemudian akan menggunakan algoritma yang direka khas untuk membuat penyelesaian navigasi on-board. Pada masa akan datang, kapal angkasa antara bintang secara teori boleh bergantung pada ini untuk mengira lokasi mereka secara autonomi. Keadaan ini memungkinkan mereka mencari jalan di angkasa tanpa perlu bergantung pada Jaringan Angkasa Dalam NASA (DSN) NASA, yang dianggap sebagai sistem telekomunikasi paling sensitif di dunia.
Di luar navigasi, projek NICER juga berharap dapat melakukan ujian pertama mengenai daya maju komunikasi berasaskan sinar-X (XCOM). Dengan menggunakan sinar-X untuk mengirim dan menerima data (dengan cara yang sama saat ini kita menggunakan gelombang radio), kapal angkasa dapat mengirimkan data pada kecepatan gigabit sesaat dalam jarak antarplanet. Kapasiti seperti itu dapat merevolusikan cara kita berkomunikasi dengan misi, rover dan orbit.
Inti kedua demonstrasi adalah Sumber X-ray Modulasi (MXS), yang dikembangkan oleh pasukan NICER untuk menentukur pengesan muatan dan menguji algoritma navigasi. Menjana sinar-X dengan intensiti yang berubah-ubah dengan cepat (dengan menghidupkan dan mematikan berkali-kali sesaat), peranti ini akan mensimulasikan denyutan bintang neutron. Seperti yang dijelaskan oleh Gendreau:
"Ini adalah percubaan yang sangat menarik yang kami lakukan di stesen angkasa. Kami mendapat banyak sokongan hebat dari orang-orang sains dan teknologi angkasa di Ibu Pejabat NASA. Mereka telah membantu kami memajukan teknologi yang memungkinkan NICER dan juga yang akan ditunjukkan oleh NICER. Misi ini berjalan di beberapa peringkat yang berbeza. "
Diharapkan MXS akan siap dihantar ke stesen pada tahun depan; pada masa itu, demonstrasi navigasi dan komunikasi dapat dimulakan. Dan dijangkakan bahawa sebelum 25 Julai, yang akan menandakan ulang tahun ke-50 penemuan Bell, pasukan akan mengumpulkan cukup data untuk menyampaikan penemuan pada persidangan saintifik yang dijadualkan pada akhir tahun ini.
Sekiranya berjaya, NICER dapat merevolusikan pemahaman kita tentang bagaimana bintang neutron (dan bagaimana jirim berperilaku dalam keadaan super padat). Pengetahuan ini juga dapat membantu kita memahami misteri kosmologi lain seperti lubang hitam. Selain itu, komunikasi dan navigasi sinar-X dapat merevolusikan penerokaan dan perjalanan angkasa seperti yang kita ketahui. Selain memberikan pulangan yang lebih besar dari misi robotik yang terletak lebih dekat dengan rumah, ia juga dapat membolehkan misi yang lebih menguntungkan ke lokasi di Sistem Suria luar dan bahkan di luarnya.
