Quando uma estrela grande sofre um colapso gravitacional próximo ao final de sua vida útil, geralmente é o resultado de uma estrela de nêutrons. Isso é o que resta depois que as camadas externas da estrela foram explodidas em uma explosão maciça (ou seja, uma supernova) e o núcleo foi comprimido para uma densidade extrema. Depois, a taxa de rotação da estrela aumenta consideravelmente e, quando emitem feixes de radiação eletromagnética, tornam-se "pulsares".
E agora, 50 anos depois de serem descobertos pela astrofísica britânica Jocelyn Bell, a primeira missão dedicada ao estudo desses objetos está prestes a ser montada. É conhecido como o NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer), um experimento em duas partes que será implantado na Estação Espacial Internacional neste verão. Se tudo correr bem, essa plataforma lançará luz sobre um dos maiores mistérios astronômicos e testará novas tecnologias.
Os astrônomos estudam estrelas de nêutrons há quase um século, que produziram medidas muito precisas de suas massas e raios. No entanto, o que realmente acontece no interior de uma estrela de nêutrons permanece um mistério duradouro. Embora numerosos modelos tenham sido avançados que descrevem a física que governa seus interiores, ainda não está claro como a matéria se comportaria sob esses tipos de condições.
Não é de surpreender, uma vez que as estrelas de nêutrons normalmente possuem cerca de 1,4 vezes a massa do nosso Sol (ou 460.000 vezes a massa da Terra) dentro de um volume de espaço que é do tamanho de uma cidade. Esse tipo de situação, em que uma quantidade considerável de matéria é compactada em um volume muito pequeno - resultando em gravidade esmagadora e uma incrível densidade de matéria - não é vista em nenhum outro lugar do Universo.
Como Keith Gendreau, um cientista do Centro de Vôo Espacial Goddard da NASA, explicou em uma recente declaração à imprensa da NASA:
“A natureza da matéria nessas condições é um problema não resolvido de décadas. A teoria avançou uma série de modelos para descrever a física que governa o interior das estrelas de nêutrons. Com o NICER, podemos finalmente testar essas teorias com observações precisas. ”
O NICE foi desenvolvido pelo Goddard Space Flight Center da NASA com a assistência do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), do Laboratório de Pesquisa Naval e de universidades nos EUA e Canadá. Consiste em um aparelho do tamanho de uma geladeira que contém 56 telescópios de raios X e detectores de silício. Embora originalmente fosse planejado para ser implantado no final de 2016, uma janela de lançamento não estava disponível até este ano.
Uma vez instalado como uma carga útil externa a bordo do ISS, ele coletará dados sobre estrelas de nêutrons (principalmente pulsares) durante um período de 18 meses, observando estrelas de nêutrons na faixa de raios-X. Mesmo que essas estrelas emitam radiação através do espectro, acredita-se que as observações de raios X sejam as mais promissoras quando se trata de revelar coisas sobre sua estrutura e vários fenômenos de alta energia associados a elas.
Isso inclui terremotos, explosões termonucleares e os campos magnéticos mais poderosos conhecidos no Universo. Para fazer isso, o NICER coletará raios-X gerados a partir dos campos magnéticos e pólos magnéticos dessas estrelas. Isso é fundamental, pois é nos polos que a força dos campos magnéticos de uma estrela de nêutrons faz com que as partículas fiquem presas e chovam na superfície, o que produz raios-X.
Nos pulsares, são esses intensos campos magnéticos que fazem com que as partículas energéticas se tornem raios de radiação focados. Esses raios são o que dão nome aos pulsares, pois aparecem como flashes graças à rotação da estrela (dando-lhes a aparência de "farol"). Como os físicos observaram, essas pulsações são previsíveis e, portanto, podem ser usadas da mesma forma que os relógios atômicos e o Sistema de Posicionamento Global estão aqui na Terra.
Embora o objetivo principal do NICER seja a ciência, ele também oferece a possibilidade de testar novas formas de tecnologia. Por exemplo, o instrumento será usado para conduzir a primeira demonstração de navegação autônoma baseada em pulsar de raios-X. Como parte do Station Explorer para Tecnologia de Navegação e Temporização de Raios-X (SEXTANT), a equipe usará os telescópios da NICER para detectar os feixes de raios-X gerados por pulsares para estimar o tempo de chegada de seus pulsos.
A equipe usará algoritmos projetados especificamente para criar uma solução de navegação a bordo. No futuro, naves espaciais interestelares poderiam teoricamente contar com isso para calcular sua localização autonomamente. Essa solução permite que eles encontrem seu caminho no espaço sem ter que confiar na Deep Space Network (DSN) da NASA, que é considerado o sistema de telecomunicações mais sensível do mundo.
Além da navegação, o projeto NICER também espera realizar o primeiro teste de viabilidade das comunicações baseadas em raios-X (XCOM). Usando raios-X para enviar e receber dados (da mesma forma que usamos atualmente as ondas de rádio), as naves espaciais poderiam transmitir dados à taxa de gigabits por segundo em distâncias interplanetárias. Essa capacidade pode revolucionar a maneira como nos comunicamos com missões tripuladas, rover e orbitadores.
O ponto central de ambas as demonstrações é a fonte de raios-X modulada (MXS), que a equipe do NICER desenvolveu para calibrar os detectores da carga útil e testar os algoritmos de navegação. Gerando raios-X com intensidade de variação rápida (ativando e desativando várias vezes por segundo), este dispositivo simula as pulsações de uma estrela de nêutrons. Como Gendreau explicou:
"Esta é uma experiência muito interessante que estamos fazendo na estação espacial. Tivemos um grande apoio do pessoal de ciência e tecnologia espacial na sede da NASA. Eles nos ajudaram a promover as tecnologias que tornam o NICER possível e também as que o NICER demonstrará. A missão é abrir caminhos em vários níveis diferentes. ”
Espera-se que o MXS esteja pronto para ser enviado para a estação no próximo ano; nesse momento, as demonstrações de navegação e comunicação poderiam começar. E espera-se que, antes de 25 de julho, que marcará o 50º aniversário da descoberta de Bell, a equipe tenha coletado dados suficientes para apresentar descobertas em conferências científicas agendadas para o final deste ano.
Se for bem-sucedido, o NICER poderá revolucionar nossa compreensão de como as estrelas de nêutrons (e como a matéria se comporta em um estado superdenso) se comportam. Esse conhecimento também pode nos ajudar a entender outros mistérios cosmológicos, como os buracos negros. Além disso, as comunicações e a navegação por raios-X podem revolucionar a exploração espacial e viajar como a conhecemos. Além de proporcionar maiores retornos das missões robóticas localizadas mais perto de casa, também poderia permitir missões mais lucrativas para locais no exterior do Sistema Solar e até além.
