NASA:s Neutron Star Interior Composition Explorer, eller NICER, är ett röntgenteleskop som lanserades på en SpaceX Falcon 9-raket i början av juni 2017. Installerat på den internationella rymdstationen, i mitten av juli kommer det att börja sitt vetenskapliga arbete-att studera de exotiska astrofysiska föremålen som kallas neutronstjärnor och undersöka om de kan användas som navigationsfyrar för djupa rymden för framtida generationer av rymdfarkoster.

Vad är neutronstjärnor? När stjärnorna åtminstone åtta gånger mer massiva än solen tar ut allt bränsle i kärnan genom termonukleära fusionsreaktioner, gravitationstrycket får dem att kollapsa. Supernovaexplosionen som resulterar i att det mesta av stjärnans material kastas ut i rymden. Det som återstår bildar antingen en neutronstjärna eller ett svart hål.

Jag studerar neutronstjärnor på grund av deras rika utbud av astrofysiska fenomen och de många fysikområden som de är kopplade till. Det som gör neutronstjärnor extremt intressanta är att varje stjärna är ungefär 1,5 gånger solens massa, men bara cirka 25 km i diameter - storleken på en enda stad. När du fyller på så mycket massa i en så liten volym, saken är tätare packad än en atomkärna. Så, till exempel, medan kärnan i en heliumatom bara har två neutroner och två protoner, en neutronstjärna är i huvudsak en enda kärna som består av 10 ⁵⁷ neutroner och 10 ⁵⁶ protoner.

Exotisk fysik omöjlig på jorden

Vi kan använda neutronstjärnor för att undersöka egenskaper hos kärnfysik som inte kan undersökas i laboratorier på jorden. Till exempel, vissa nuvarande teorier förutspår att exotiska partiklar av materia, såsom hyperoner och dekonfinerade kvarker, kan uppträda vid de höga densiteter som finns i neutronstjärnor. Teorier indikerar också att vid temperaturer på en miljard grader Celsius, protoner i neutronstjärnan blir supraledande och neutroner, utan kostnad, bli överflödig.

Magnetfältet hos neutronstjärnor är också extremt, kanske den starkaste i universum, och miljarder gånger starkare än något som skapats i laboratorier. Även om gravitationen på ytan av en neutronstjärna kanske inte är lika stark som den nära ett svart hål, neutronstjärnor skapar fortfarande stora snedvridningar i rymdtiden och kan vara källor till gravitationella vågor, som drogs slutsatser från forskning om neutronstjärnor på 1970 -talet, och bekräftades från svarta hål av LIGO -experimenten nyligen.

Huvudfokus för NICER är att noggrant mäta massan och radien för flera neutronstjärnor - och, även om teleskopet kommer att observera andra typer av astronomiska föremål, vi som studerar neutronstjärnor hoppas att NICER kommer att ge oss en unik inblick i dessa fascinerande föremål och deras fysik. NICER kommer att mäta hur ljusstyrkan hos en neutronstjärna ändras beroende på dess energi, och hur den förändras när stjärnan roterar, avslöjar olika delar av ytan. Dessa observationer kommer att jämföras med teoretiska modeller baserade på stjärnans egenskaper, såsom massa och radie. Noggranna bestämningar av massa och radie kommer att ge ett viktigt test av kärnteori.

En GPS för djupt utrymme

En annan aspekt av neutronstjärnor som kan visa sig vara viktiga för framtida rymdresor är deras rotation - och detta kommer också att testas av NICER. Roterande neutronstjärnor, känd som pulsarer, avger strålningsstrålar som en fyr och ses snurra så snabbt som 716 gånger per sekund. Denna rotationshastighet i vissa neutronstjärnor är mer stabil än de bästa atomur vi har på jorden. Faktiskt, det är denna egenskap hos neutronstjärnor som ledde till upptäckten av de första planeterna utanför vårt solsystem 1992-tre planeter i jordstorlek som kretsar kring en neutronstjärna.

NICER -uppdraget, med hjälp av en del av teleskopet SEXTANT, kommer att testa om den extraordinära regelbundenheten och stabiliteten för neutronstjärnrotation kan användas som ett nätverk av navigationsfyrar i djupt utrymme. Neutronstjärnor kan således fungera som naturliga satelliter som bidrar till ett Galaktiskt (snarare än globalt) positioneringssystem och kan lita på av framtida bemannade och obemannade rymdfarkoster för att navigera bland stjärnorna.

NICER kommer att fungera i 18 månader, men man hoppas att NASA kommer att fortsätta att stödja sin verksamhet efteråt, särskilt om det kan leverera sina ambitiösa vetenskapliga mål. Det hoppas jag också, eftersom NICER kombinerar och förbättrar kraftigt de ovärderliga möjligheterna för tidigare röntgenrum-RXTE, Chandra, och XMM-Newton-som används för att avslöja neutronstjärnornas mysterier och avslöja egenskaperna hos grundläggande fysik.

Den första neutronstjärnan, en pulsar, upptäcktes 1967 av Jocelyn Bell Burnell. Det skulle vara lämpligt att få ett genombrott på neutronstjärnor under detta 50 -årsjubileum.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.