Questo concept artistico mostra i due getti di una pulsar. Credito:Goddard Space Flight Center della NASA
50 anni fa, un po' di "macchia" nei dati scientifici ha portato alla scoperta delle pulsar, corpi stellari densi che ruotano rapidamente e che sembrano pulsare sulla Terra.
L'astronomo Jocelyn Bell ha fatto la scoperta casuale usando un vasto radiotelescopio a Cambridge, Inghilterra. Sebbene sia stato costruito per misurare gli sfarfallii casuali di luminosità di una diversa categoria di oggetti celesti chiamati quasar, il telescopio di 4,5 acri ha prodotto segni inaspettati sul registratore di dati cartaceo di Bell ogni 1.33730 secondi. Le tracce di penna che rappresentano la luminosità radio hanno rivelato un fenomeno insolito.
"Le pulsazioni erano così regolari, tanto come un orologio che ticchetta, che Bell e il suo supervisore Anthony Hewish non potevano credere che fosse un fenomeno naturale, " ha affermato Zaven Arzoumanian del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Una volta trovato un secondo, terzo e quarto hanno iniziato a pensare in modo diverso."
Gli insoliti oggetti stellari erano stati precedentemente previsti ma mai osservati. Oggi, gli scienziati conoscono più di 2, 000 pulsar. Queste stelle di neutroni rotanti "faro" iniziano la loro vita come stelle tra circa sette e 20 volte la massa del nostro sole. Alcuni si trovano a girare centinaia di volte al secondo, più veloce delle lame di un frullatore domestico, e possiedono campi magnetici enormemente forti.
Le stelle di neutroni più conosciute sono osservate come pulsar, emettendo stretto, ampi raggi di radiazioni. Comprimono fino a due masse solari in un volume delle dimensioni di una città, materiale di frantumazione alle più alte densità stabili possibili. Per esplorare questi stati esotici della materia, NICER misura le emissioni di raggi X attraverso le superfici delle stelle di neutroni mentre ruotano, confrontandosi infine con le previsioni della teoria della fisica nucleare. Credito:Goddard Space Flight Center della NASA
I progressi tecnologici nell'ultimo mezzo secolo hanno permesso agli scienziati di studiare questi oggetti stellari compatti dallo spazio utilizzando diverse lunghezze d'onda della luce, soprattutto quelle molto più energetiche delle onde radio ricevute dal telescopio di Cambridge. Diverse attuali missioni della NASA continuano a studiare questi fari naturali.
L'esploratore della composizione interna della stella di neutroni, o PI PIACEVOLE, è la prima missione della NASA dedicata allo studio delle pulsar. In un cenno all'anniversario della scoperta di Bell, PIACEVOLE osservò la famosa prima pulsar, noto oggi come PSR B1919+21.
NICER è stato lanciato sulla Stazione Spaziale Internazionale all'inizio di giugno e ha iniziato le operazioni scientifiche il mese scorso. Le sue osservazioni ai raggi X - la parte dello spettro elettromagnetico in cui queste stelle irradiano sia dalle loro superfici solide di milioni di gradi che dai loro forti campi magnetici - riveleranno come si comportano le forze fondamentali della natura all'interno dei nuclei di questi oggetti, un ambiente che non esiste e non può essere riprodotto da nessun'altra parte. "Cosa c'è dentro una pulsar?" è una delle tante domande astrofisiche di vecchia data su questi ultra-densi, filatura veloce, oggetti fortemente magnetici.
La "roba" delle pulsar è un insieme di particelle familiari agli scienziati da oltre un secolo di studi di laboratorio sulla Terra:neutroni, protoni, elettroni, e forse anche i loro stessi elettori, chiamati quark. Però, in condizioni così estreme di pressione e densità, il loro comportamento e le loro interazioni non sono ben compresi. Nuovo, misurazioni precise, soprattutto delle dimensioni e delle masse delle pulsar sono necessarie per definire le teorie.
NICER è attualmente installato sulla Stazione Spaziale Internazionale. Questa animazione del giradischi del carico utile richiama le posizioni della telecamera di localizzazione delle stelle di NICER, elettronica, meccanismo di attacco della stazione spaziale, 56 parasole, attuatori di puntamento e attuatore di stivaggio/dispiegamento. Credito:Goddard Space Flight Center della NASA
"Molti modelli di fisica nucleare sono stati sviluppati per spiegare come la composizione delle stelle di neutroni, sulla base dei dati disponibili e dei vincoli che forniscono, " ha detto Keith Gendreau di Goddard, il ricercatore principale per NICER. "La sensibilità di PI PIACEVOLE, La risoluzione dell'energia dei raggi X e la risoluzione temporale miglioreranno questi valori misurando più precisamente i loro raggi, a un miglioramento di ordine di grandezza rispetto allo stato dell'arte di oggi."
La missione aprirà anche la strada alla futura esplorazione dello spazio aiutando a sviluppare una capacità simile al Sistema di Posizionamento Globale per la galassia. Lo Station Explorer integrato per la tecnologia di temporizzazione e navigazione dei raggi X, o SESTANTE, la dimostrazione utilizzerà le osservazioni a raggi X di NICER sui segnali delle pulsar per determinare l'esatta posizione di NICER in orbita.
"Puoi cronometrare le pulsazioni delle pulsar distribuite in molte direzioni attorno a un veicolo spaziale per capire dove si trova il veicolo e navigare ovunque, " disse Arzoumanian, che è anche il leader scientifico PIACEVOLE. "È esattamente così che funziona il sistema GPS sulla Terra, con orologi precisi volati su satelliti in orbita."
Gli scienziati hanno testato questo metodo utilizzando simulazioni al computer e in laboratorio. SEXTANT dimostrerà la navigazione basata su pulsar per la prima volta nello spazio.
NICER-SEXTANT è la prima missione di astrofisica dedicata allo studio delle pulsar, 50 anni dopo la loro scoperta. "Penso che produrrà molte più scoperte scientifiche di quanto possiamo anticipare ora, " disse Gendreau.
