Detta konstnärskoncept visar de två jetstrålarna från en pulsar. Kredit:NASA:s Goddard Space Flight Center
En liten bit av "smuts" i vetenskapliga data för 50 år sedan ledde till upptäckten av pulsarer - snabbt snurrande täta stjärnlik som verkar pulsera mot jorden.
Astronomen Jocelyn Bell gjorde den slumpmässiga upptäckten med hjälp av ett stort radioteleskop i Cambridge, England. Även om den byggdes för att mäta de slumpmässiga ljusstyrkorna i en annan kategori av himmelska objekt som kallas kvasarer, det 4,5 hektar stora teleskopet producerade oväntade markeringar på Bells pappersdatainspelare var 1,33730 sekund. Pennspåren som representerar radioljusstyrka avslöjade ett ovanligt fenomen.
"Pulserna var så regelbundna, så mycket som en tickande klocka, att Bell och hennes handledare Anthony Hewish inte kunde tro att det var ett naturligt fenomen, " sa Zaven Arzoumanian från NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "När de hittade en sekund, tredje och fjärde började de tänka annorlunda."
De ovanliga stjärnobjekten hade tidigare förutspåtts men aldrig observerats. I dag, forskare känner till över 2, 000 pulsarer. Dessa roterande "fyr" neutronstjärnor börjar sina liv som stjärnor mellan cirka sju och 20 gånger massan av vår sol. Vissa visar sig snurra hundratals gånger per sekund, snabbare än bladen på en hushållsmixer, och de har enormt starka magnetfält.
De flesta kända neutronstjärnor observeras som pulsarer, avger smalt, svepande strålar av strålning. De pressar ihop upp till två solmassor i en volym i stadsstorlek, krossa material till högsta möjliga stabila densiteter. För att utforska dessa exotiska tillstånd av materia, NICER mäter röntgenstrålning över ytorna på neutronstjärnor när de snurrar, slutligen konfrontera kärnfysikteorins förutsägelser. Kredit:NASAs Goddard Space Flight Center
Teknikframsteg under det senaste halvseklet gjorde det möjligt för forskare att studera dessa kompakta stjärnobjekt från rymden med hjälp av olika våglängder av ljus, särskilt de som är mycket mer energiska än radiovågorna som tas emot av Cambridge-teleskopet. Flera aktuella NASA-uppdrag fortsätter att studera dessa naturliga beacons.
Neutronstjärnan Interior Composition Explorer, eller trevligare, är det första NASA-uppdraget tillägnat att studera pulsarer. Som en nick till årsdagen av Bells upptäckt, NICER observerade den berömda första pulsaren, känd idag som PSR B1919+21.
NICER lanserades till den internationella rymdstationen i början av juni och startade vetenskapsverksamhet förra månaden. Dess röntgenobservationer - den del av det elektromagnetiska spektrumet där dessa stjärnor strålar ut både från sina miljongraders fasta ytor och från sina starka magnetfält - kommer att avslöja hur naturens fundamentala krafter beter sig i dessa objekts kärnor, en miljö som inte finns och inte kan reproduceras någon annanstans. "Vad finns inuti en pulsar?" är en av många långvariga astrofysiska frågor om dessa ultratäta, snabbt snurrande, kraftfullt magnetiska föremål.
Pulsarernas "grejer" är en samling partiklar som är bekanta för forskare från över ett sekel av laboratoriestudier på jorden - neutroner, protoner, elektroner, och kanske till och med sina egna väljare, kallas kvarkar. Dock, under sådana extrema förhållanden av tryck och täthet, deras beteende och interaktioner är inte väl förstådda. Ny, exakta mått, speciellt av storleken och massorna av pulsarer som behövs för att slå fast teorier.
NICER är för närvarande installerat på den internationella rymdstationen. Denna skivspelares animering av nyttolasten anger var NICER:s stjärnspårningskamera finns, elektronik, rymdstationsfästemekanism, 56 solskydd, pekande ställdon och stuva/placera ställdon. Kredit:NASAs Goddard Space Flight Center
"Många kärnfysiska modeller har utvecklats för att förklara hur neutronstjärnornas sammansättning, baserat på tillgängliga data och de begränsningar de tillhandahåller, " sa Goddards Keith Gendreau, huvudutredaren för NICER. "NICERs känslighet, Röntgenenergiupplösning och tidsupplösning kommer att förbättra dessa genom att mer exakt mäta deras radier, till en förbättring i storleksordningen jämfört med dagens teknik."
Uppdraget kommer också att bana väg för framtida rymdutforskning genom att hjälpa till att utveckla en Global Positioning System-liknande förmåga för galaxen. Den inbyggda Station Explorer för röntgentidtagning och navigationsteknik, eller SEXTANT, demonstrationen kommer att använda NICER:s röntgenobservationer av pulsarsignaler för att bestämma NICER:s exakta position i omloppsbana.
"Du kan tajma pulseringarna av pulsarer fördelade i många riktningar runt en rymdfarkost för att ta reda på var fordonet är och navigera det var som helst, sa Arzoumanian, som också är den BÄSTIGARE vetenskapsledaren. "Det är precis så GPS-systemet på jorden fungerar, med exakta klockor som flygs på satelliter i omloppsbana."
Forskare har testat denna metod med hjälp av dator- och labbsimuleringar. SEXTANT kommer att demonstrera pulsarbaserad navigering för första gången i rymden.
NICER-SEXTANT är det första astrofysikuppdraget tillägnat att studera pulsarer, 50 år efter deras upptäckt. "Jag tror att det kommer att ge många fler vetenskapliga upptäckter än vi kan förutse nu, sa Gendreau.
