Ketika sebuah bintang besar mengalami keruntuhan gravitasi di dekat ujung umurnya, sebuah bintang neutron seringkali merupakan hasilnya. Ini adalah apa yang tersisa setelah lapisan terluar bintang itu meledak dalam ledakan besar (yaitu supernova) dan inti telah dikompresi hingga kepadatan ekstrim. Setelah itu, laju rotasi bintang meningkat pesat, dan di mana mereka memancarkan sinar radiasi elektromagnetik, mereka menjadi "pulsar".
Dan sekarang, 50 tahun setelah mereka pertama kali ditemukan oleh ahli astrofisika Inggris Jocelyn Bell, misi pertama yang ditujukan untuk mempelajari benda-benda ini akan segera dipasang. Ini dikenal sebagai Penjelajah Komposisi Interior Bintang Neutron (NICER), percobaan dua bagian yang akan digunakan untuk Stasiun Luar Angkasa Internasional musim panas ini. Jika semuanya berjalan dengan baik, platform ini akan menjelaskan salah satu misteri astronomi terbesar, dan menguji teknologi baru.
Para astronom telah mempelajari bintang-bintang neutron selama hampir seabad, yang telah menghasilkan beberapa pengukuran massa dan jari-jari mereka yang sangat tepat. Namun, apa yang sebenarnya terjadi di bagian dalam bintang neutron tetap menjadi misteri abadi. Sementara banyak model telah dikemukakan yang menggambarkan fisika yang mengatur interiornya, masih belum jelas bagaimana materi akan berperilaku dalam kondisi seperti ini.
Tidak mengherankan, karena bintang-bintang neutron biasanya memegang sekitar 1,4 kali massa Matahari kita (atau 460.000 kali massa Bumi) dalam volume ruang yang seukuran kota. Situasi semacam ini, di mana sejumlah besar materi dikemas ke dalam volume yang sangat kecil - yang mengakibatkan penghancuran gravitasi dan kepadatan materi yang luar biasa - tidak terlihat di tempat lain di Semesta.
Seperti yang dijelaskan Keith Gendreau, seorang ilmuwan di Goddard Space Flight Center NASA, dalam pernyataan pers NASA baru-baru ini:
“Sifat materi dalam kondisi ini adalah masalah yang belum terpecahkan selama beberapa dekade. Teori telah mengedepankan sejumlah model untuk menggambarkan fisika yang mengatur interior bintang-bintang neutron. Dengan NICER, kami akhirnya dapat menguji teori-teori ini dengan pengamatan yang tepat. "
NICE dikembangkan oleh Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA dengan bantuan Institut Teknologi Massachusetts (MIT), Laboratorium Penelitian Angkatan Laut, dan universitas-universitas di seluruh AS dan Kanada. Ini terdiri dari peralatan berukuran kulkas yang berisi 56 teleskop sinar-X dan detektor silikon. Meskipun awalnya dimaksudkan untuk digunakan pada akhir 2016, jendela peluncuran tidak tersedia sampai tahun ini.
Setelah dipasang sebagai muatan eksternal di atas ISS, ia akan mengumpulkan data bintang neutron (terutama pulsar) selama periode 18 bulan dengan mengamati bintang neutron di pita sinar-X. Meskipun bintang-bintang ini memancarkan radiasi di seluruh spektrum, pengamatan sinar-X diyakini sebagai yang paling menjanjikan ketika datang untuk mengungkapkan hal-hal tentang struktur mereka dan berbagai fenomena energi tinggi yang terkait dengannya.
Ini termasuk gempa bumi, ledakan termonuklir, dan medan magnet paling kuat yang dikenal di Semesta. Untuk melakukan ini, NICER akan mengumpulkan sinar-X yang dihasilkan dari medan magnet dan kutub magnet bintang-bintang ini. Ini adalah kunci, karena di kutub itulah kekuatan medan magnet bintang neutron menyebabkan partikel-partikel terperangkap dan menghujani permukaan, yang menghasilkan sinar-X.
Dalam pulsar, medan magnet yang kuat inilah yang menyebabkan partikel energik menjadi sinar radiasi terfokus. Balok-balok ini adalah yang memberi nama pulsar, karena tampak seperti kilatan berkat rotasi bintang (memberi mereka penampilan mirip "mercusuar"). Seperti yang telah diamati oleh fisikawan, denyut-denyut ini dapat diprediksi, dan karenanya dapat digunakan dengan cara yang sama seperti jam atom dan Sistem Penentuan Posisi Global di Bumi.
Walaupun tujuan utama NICER adalah sains, ia juga menawarkan kemungkinan untuk menguji bentuk teknologi baru. Sebagai contoh, instrumen akan digunakan untuk melakukan demonstrasi pertama kali navigasi berbasis pulsar sinar-X otonom. Sebagai bagian dari Station Explorer untuk Pengaturan Waktu X-ray dan Teknologi Navigasi (SEXTANT), tim akan menggunakan teleskop NICER untuk mendeteksi sinar-X yang dihasilkan oleh pulsar untuk memperkirakan waktu kedatangan pulsa mereka.
Tim kemudian akan menggunakan algoritma yang dirancang khusus untuk membuat solusi navigasi on-board. Di masa depan, pesawat ruang angkasa antarbintang secara teoritis dapat mengandalkan ini untuk menghitung lokasi mereka secara mandiri. Wold ini memungkinkan mereka untuk menemukan jalan mereka di ruang angkasa tanpa harus bergantung pada Deep Space Network (DSN) NASA, yang dianggap sebagai sistem telekomunikasi paling sensitif di dunia.
Selain navigasi, proyek NICER juga berharap untuk melakukan tes pertama kali terhadap kelayakan komunikasi berbasis X-ray (XCOM). Dengan menggunakan sinar-X untuk mengirim dan menerima data (dengan cara yang sama seperti saat ini kami menggunakan gelombang radio), pesawat ruang angkasa dapat mengirimkan data dengan kecepatan gigabit per detik melalui jarak antarplanet. Kapasitas seperti itu dapat merevolusi cara kita berkomunikasi dengan misi, penjelajah, dan pengorbit yang dikawal.
Pusat kedua demonstrasi adalah Sumber Sinar-X yang Dimodulasi (MXS), yang dikembangkan oleh tim NICER untuk mengkalibrasi detektor muatan dan menguji algoritma navigasi. Menghasilkan sinar-X dengan intensitas yang bervariasi cepat (dengan menghidupkan dan mematikan berkali-kali per detik), perangkat ini akan mensimulasikan denyut bintang neutron. Seperti yang dijelaskan Gendreau:
“Ini adalah eksperimen yang sangat menarik yang kami lakukan di stasiun ruang angkasa. Kami mendapat banyak dukungan besar dari orang-orang sains dan teknologi ruang angkasa di Markas Besar NASA. Mereka telah membantu kami memajukan teknologi yang memungkinkan NICER serta teknologi yang akan ditunjukkan NICER. Misi ini adalah jalur yang menyala-nyala di beberapa tingkatan yang berbeda. ”
Diharapkan bahwa MXS akan siap untuk dikirim ke stasiun tahun depan; di mana demonstrasi navigasi dan komunikasi dapat dimulai. Dan diharapkan sebelum 25 Juli, yang akan menandai peringatan 50 tahun penemuan Bell, tim akan mengumpulkan cukup data untuk mempresentasikan temuan di konferensi ilmiah yang dijadwalkan akhir tahun ini.
Jika berhasil, NICER dapat merevolusi pemahaman kita tentang bagaimana bintang neutron (dan bagaimana materi berperilaku dalam keadaan sangat padat) berperilaku. Pengetahuan ini juga dapat membantu kita untuk memahami misteri kosmologis lainnya seperti lubang hitam. Selain itu, komunikasi dan navigasi sinar-X dapat merevolusi eksplorasi dan perjalanan ruang angkasa seperti yang kita ketahui. Selain memberikan pengembalian yang lebih besar dari misi robot yang terletak lebih dekat ke rumah, itu juga dapat memungkinkan misi yang lebih menguntungkan ke lokasi di Tata Surya bagian luar dan bahkan di luarnya.
