p Quase 50 anos depois que a astrofísica britânica Jocelyn Bell descobriu a existência de estrelas de nêutrons girando rapidamente, A NASA vai lançar a primeira missão do mundo dedicada ao estudo desses objetos incomuns. p A agência também usará a mesma plataforma para realizar a primeira demonstração mundial de navegação por raios X no espaço.

p A agência planeja lançar o dois-em-um Neutron Star Interior Composition Explorer, ou NICER, a bordo do SpaceX CRS-11, uma missão de reabastecimento de carga para a Estação Espacial Internacional a ser lançada a bordo de um foguete Falcon 9.

p Cerca de uma semana após sua instalação como uma carga útil externa anexada, esta investigação única começará a observar estrelas de nêutrons, os objetos mais densos do universo. A missão se concentrará especialmente em pulsares - aquelas estrelas de nêutrons que parecem piscar porque seu spin varre feixes de radiação que passam por nós, como um farol cósmico.

p "O momento deste lançamento é oportuno, "disse Keith Gendreau, um cientista do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, que liderou o desenvolvimento da missão envolvendo também o Instituto de Tecnologia de Massachusetts, o Laboratório de Pesquisa Naval, e universidades nos EUA e no Canadá. Embora a equipe tenha concluído e entregue a carga útil do tamanho de um refrigerador equipada com 56 telescópios de raios-X e detectores de silício antes do previsto no verão passado, uma oportunidade de lançamento não estava disponível até 2017.

p Logo após o 50º aniversário da descoberta de Bell em 25 de julho, a equipe NICER deve ter coletado dados suficientes "para causar um pouco de impacto, "acrescentou o vice-investigador principal do NICER, Zaven Arzoumanian, referindo-se a conferências científicas este ano, incluindo uma que celebra a detecção de Bell de sinais pulsantes regulares que mais tarde foram identificados como estrelas de nêutrons em rotação.

p Extremos Físicos

p Por causa de sua natureza extrema, estrelas de nêutrons e pulsares geraram muito interesse desde que sua existência foi teoricamente proposta em 1939 e descoberta em 1967.

p Esses objetos são os restos de estrelas massivas que, depois de esgotar seu combustível nuclear, explodiu e desabou em esferas superdensas do tamanho da cidade de Nova York. Sua intensa gravidade esmaga uma quantidade surpreendente de matéria - muitas vezes mais de 1,4 vezes o conteúdo do sol ou pelo menos 460, 000 Terras - nessas orbes do tamanho de uma cidade, criando estável, no entanto, matéria incrivelmente densa não vista em nenhum outro lugar do universo. Apenas uma colher de chá de matéria estelar de nêutrons pesaria um bilhão de toneladas na Terra.

p "A natureza da matéria nessas condições é um problema não resolvido de décadas, "Gendreau disse." A teoria apresentou uma série de modelos para descrever a física que governa o interior das estrelas de nêutrons. Com NICER, podemos finalmente testar essas teorias com observações precisas. "

p Embora estrelas de nêutrons emitam radiação em todo o espectro, observá-los na faixa energética de raios-X oferece os maiores insights sobre sua estrutura e os fenômenos de alta energia que eles hospedam, incluindo starquakes, explosões termonucleares, e os campos magnéticos mais poderosos conhecidos no cosmos.

p Durante sua missão de 18 meses, O NICER coletará raios-X gerados a partir de campos magnéticos tremendamente fortes das estrelas e de pontos de acesso localizados em seus dois pólos magnéticos. Nesses locais, os intensos campos magnéticos dos objetos emergem de suas superfícies e partículas presas dentro desses campos chovem e geram raios X quando atingem as superfícies das estrelas.

p Em pulsares, essas partículas fluentes emitem poderosos feixes de radiação da vizinhança dos pólos magnéticos. Na Terra - como Bell descobriu - esses feixes de radiação são observados como flashes de radiação que variam de segundos a milissegundos, dependendo da velocidade de rotação do pulsar.

p Para Demonstrar Navegação por Raios-X

p Como essas pulsações são previsíveis, eles podem ser usados ​​como relógios celestes, fornecendo tempo de alta precisão, como os sinais de relógio atômico fornecidos através do Sistema de Posicionamento Global, também conhecido como GPS. Embora onipresente na Terra, Os sinais de GPS enfraquecem quanto mais longe se viaja além da órbita da Terra. Pulsares, Contudo, estão acessíveis virtualmente em qualquer lugar do espaço, tornando-os uma solução de navegação valiosa para a exploração do espaço profundo.

p Usando o mesmo hardware NICER, a missão também planeja demonstrar a viabilidade do raio-X autônomo ou navegação baseada em pulsar, que nunca foi demonstrado antes.

p Em um experimento chamado Station Explorer para tecnologia de sincronização e navegação de raios-X, ou SEXTANT, a equipe usará os telescópios do NICER para detectar a luz de raios-X emitida dentro dos feixes de radiação dos pulsares para estimar os tempos de chegada dos pulsos. Com essas medidas, a equipe usará algoritmos especialmente desenvolvidos para costurar uma solução de navegação a bordo.

p Se uma missão interplanetária fosse equipada com tal dispositivo de navegação, seria capaz de calcular sua localização de forma autônoma, em grande parte independente da Deep Space Network da NASA, que é considerado o sistema de telecomunicações mais sensível do mundo.

p "Nosso objetivo principal é a ciência, "Gendreau disse." Mas podemos usar as mesmas medições de pulsar para demonstrar a navegação de raios-X. É raro que nós, cientistas, desenvolvamos um experimento multiuso como este. Tudo está se encaixando. "

p Possíveis comunicações de raios-x

p Contudo, A navegação de raios-X usando os dados de tempo do pulsar da NICER não é a única tecnologia que a equipe gostaria de demonstrar. Em outro potencial primeiro, a equipe quer demonstrar comunicações baseadas em raios-X, ou XCOM - uma capacidade que poderia eventualmente permitir viajantes espaciais, incluindo espaçonaves, para transmitir gigabits de dados por segundo em distâncias interplanetárias.

p Central para esta demonstração potencial é a fonte modulada de raios-X de Goddard, ou MXS, que a equipe do NICER desenvolveu para calibrar os detectores de carga útil e ajudar a testar os algoritmos necessários para demonstrar a navegação de raios-X. Este dispositivo gera raios-X com intensidade que varia rapidamente, ligando e desligando muitas vezes por segundo para simular, por exemplo, as pulsações de uma estrela de nêutrons alvo.

p Para mostrar o XCOM, a equipe voaria um MXS qualificado para o espaço até a Estação Espacial Internacional e o implantaria em um palete externo de experimentos a cerca de 166 pés de distância do NICER. Durante o experimento, a equipe codificaria os dados digitais em raios-X pulsados ​​usando o MXS e transmitiria os dados aos receptores do NICER.

p "Temos a maior parte do hardware concluído, "disse Jason Mitchell, gerente de projeto SEXTANT e XCOM." Só precisamos de mais alguns recursos para terminar o trabalho. "

p Se a equipe conseguir voar MXS talvez no próximo ano, "a demonstração resultante pode mudar o jogo, "Mitchell acrescentou. Além de prometer velocidades de transmissão de dados de gigabit por segundo em grandes distâncias, As comunicações de raios-X permitiriam a comunicação com veículos hipersônicos e espaçonaves.

p "Este é um experimento muito interessante que estamos fazendo na estação espacial, "Gendreau disse." Tivemos um grande apoio do pessoal de ciência e tecnologia espacial na sede da NASA. Eles nos ajudaram a desenvolver as tecnologias que tornam a NICER possível, bem como aquelas que a NICER irá demonstrar. A missão é abrir caminhos em vários níveis diferentes. "