Niewielkie zaburzenie w danych naukowych 50 lat temu doprowadziło do odkrycia pulsarów – szybko rotujących gęstych pozostałości po gwiazdach, które z Ziemi wyglądają jak pulsujące latarnie morskie.
Astronomka Jocelyn Bell dokonała odkrycia za pomocą potężnego radioteleskopu w Cambridge. Choć instrument został zbudowany do pomiarów losowych wahań jasności innej kategorii obiektów kosmicznych, tzw. kwazarów, to w danych obserwacyjnych z niego Bell odkryła nieoczekiwane wahania powtarzające się regularnie co 1,3373 sekundy. Wykres przedstawiający jasność w zakresie radiowym doprowadził do odkrycia nietypowego zjawiska.
„Pulsy były na tyle regularne, niczym w zegarku, że Bell wraz ze swoim przełożonym Anthonym Hewishem nie mogli uwierzyć, że to może być zjawisko naturalne”, mówi ZZaven Arzoumanian z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt. „Jednak gdy znaleźli drugi taki obiekt, a potem trzeci i czwarty, zmienili zdanie”.
Istnienie tych nietypowych obiektów kosmicznych już wcześniej zostało przewidziane przez naukowców. Aktualnie astronomowie znają ponad 2000 pulsarów. Te rotujące „latarnie morskie”, gwiazdy neutronowe rozpoczynają swoje życie jako gwiazdy o masie od 7 do 20 mas Słońca. Niektóre z nich rotują setki razy na sekundę, szybciej niż ostrza domowego blendera, i wytwarzają niewyobrażalnie silne pole magnetyczne.
Rozwój technologii w ostatnich pięćdziesięciu latach umożliwił naukowcom badanie tych kompaktowych obiektów gwiezdnych z przestrzeni kosmicznej w różnych zakresach promieniowania, szczególnie w tych bardziej energetycznych niż fale radiowe odbierane przez teleskop w Cambridge. Aktualnie kilka misji realizowanych przez NASA skupia się na badaniu tych naturalnych latarni morskich.
NICER czyli Neutron star Interior Composition Explorer to pierwsza misja NASA zaprojektowana specjalnie do badania pulsarów. W ramach okrągłej rocznicy odkrycia pierwszego pulsara także NICER skierował swoje oko na pierwszy pulsar znany dzisiaj pod nazwą PSR B1919+21.
NICER został wyniesiony na pokład Międzynarodowej Stacji Kosmicznej na początku czerwca tego roku i rozpoczął obserwacje naukowe w ubiegłym miesiącu. Prowadzone za jego pomocą obserwacje w zakresie rentgenowskim – tej części widma elektromagnetycznego, w którym promieniowanie emituje zarówno rozgrzana do miliona stopni powierzchnia pulsara jak i jej silne pole magnetyczne – pozwolą nam sprawdzić jak podstawowe siły natury zachowują się we wnętrzach tych obiektów czyli w środowisku, które nie istnieje i nie może być odtworzone nigdzie indziej. „Co jest wewnątrz pulsarów?” to jedna z wielu odwiecznych zagadek astrofizyki.
Materia tworząca pulsary to zbiór cząstek znanych naukowcom dzięki ponad stuleciu badań laboratoryjnych na Ziemi – neutronów, protonów, elektronów i prawdopodobnie nawet ich własnych składników, tzw. kwarków. Jednak w tak ekstremalnych warunkach ciśnienia i gęstości ich zachowanie i interakcje wciąż są słabo poznane. Nowe, precyzyjne pomiary, szczególnie rozmiarów i mas pulsarów, są niezbędne do uściślenia teorii.
„Opracowano już wiele modeli z zakresu fizyki jądrowej, których zadaniem jest rozszyfrowanie składu gwiazd neutronowych w oparciu o dostępne dane i ograniczenia, których one dostarczają”, mówi Keith Gendreau z Goddard, główny badacz misji NICER. „Czułość instrumentu, rozdzielczość w zakresie energii rentgenowskiej i rozdzielczość czasowa pozwolą nam na bardziej precyzyjne pomiary ich promieni”.
„Możemu zmierzyć pulsy emitowane przez pulsary w wielu kierunkach wokół statku w celu określenia położenia statku”, mówi Arzoumanian. „Tak samo z resztą działa system GPS na Ziemi, wokół której krążą po swoich orbitach precyzyjne zegary”.
Naukowcy przetestowali te metody za pomocą symulacji komputerowych i laboratoryjnych. SEXTANT pozwoli na zademonstrowanie możliwości nawigacji opartej na pulsarach tym razem już z przestrzeni kosmicznej.
Źródło: NASA Goddard Space Flight Center
