NASA's Neutron Star Interior Composition Explorer, of LEUK, is een röntgentelescoop die begin juni 2017 werd gelanceerd op een SpaceX Falcon 9-raket. Geïnstalleerd op het internationale ruimtestation, medio juli zal het zijn wetenschappelijke werk beginnen - om de exotische astrofysische objecten die bekend staan ​​als neutronensterren te bestuderen en te onderzoeken of ze kunnen worden gebruikt als navigatiebakens in de diepe ruimte voor toekomstige generaties ruimtevaartuigen.

Wat zijn neutronensterren? Wanneer sterren die minstens acht keer zo zwaar zijn als de zon alle brandstof in hun kern uitputten door thermonucleaire fusiereacties, de druk van de zwaartekracht zorgt ervoor dat ze instorten. De supernova-explosie die het gevolg is, werpt het grootste deel van het materiaal van de ster uit tot in de verre uithoeken van de ruimte. Wat overblijft, vormt een neutronenster of een zwart gat.

Ik bestudeer neutronensterren vanwege hun rijke scala aan astrofysische verschijnselen en de vele natuurkundige gebieden waarmee ze verbonden zijn. Wat neutronensterren buitengewoon interessant maakt, is dat elke ster ongeveer 1,5 keer de massa van de zon is, maar slechts ongeveer 25 km in diameter - de grootte van een enkele stad. Als je zoveel massa in zo'n klein volume propt, de materie is dichter opeengepakt dan die van een atoomkern. Dus, bijvoorbeeld, terwijl de kern van een heliumatoom slechts twee neutronen en twee protonen heeft, een neutronenster is in wezen een enkele kern die bestaat uit 10 ⁵⁷ neutronen en 10 ⁵⁶ protonen.

Exotische fysica onmogelijk op aarde

We kunnen neutronensterren gebruiken om eigenschappen van kernfysica te onderzoeken die niet in laboratoria op aarde kunnen worden onderzocht. Bijvoorbeeld, sommige huidige theorieën voorspellen dat exotische materiedeeltjes, zoals hyperonen en gedeconfineerde quarks, kunnen verschijnen bij de hoge dichtheden die aanwezig zijn in neutronensterren. Theorieën geven ook aan dat bij temperaturen van een miljard graden Celsius, protonen in de neutronenster worden supergeleidend en neutronen, kosteloos, supervloeibaar worden.

Het magnetische veld van neutronensterren is ook extreem, misschien wel de sterkste in het universum, en miljarden keren sterker dan alles wat in laboratoria is gemaakt. Hoewel de zwaartekracht aan het oppervlak van een neutronenster misschien niet zo sterk is als bij een zwart gat, neutronensterren veroorzaken nog steeds grote vervormingen in de ruimtetijd en kunnen bronnen van zwaartekrachtgolven zijn, die werden afgeleid uit onderzoek naar neutronensterren in de jaren zeventig, en recentelijk bevestigd door zwarte gaten door de LIGO-experimenten.

De belangrijkste focus van NICER is het nauwkeurig meten van de massa en straal van verschillende neutronensterren - en, hoewel de telescoop andere soorten astronomische objecten zal waarnemen, degenen onder ons die neutronensterren bestuderen hopen dat NICER ons unieke inzichten zal verschaffen in deze fascinerende objecten en hun fysica. NICER zal meten hoe de helderheid van een neutronenster verandert in functie van zijn energie, en hoe het verandert als de ster draait, waardoor verschillende delen van het oppervlak zichtbaar worden. Deze waarnemingen zullen worden vergeleken met theoretische modellen gebaseerd op eigenschappen van de ster zoals massa en straal. Nauwkeurige bepalingen van massa en straal zullen een essentiële test van de nucleaire theorie opleveren.

Een GPS voor verre ruimte

Een ander aspect van neutronensterren dat belangrijk kan blijken voor toekomstige ruimtevaart is hun rotatie - en dit zal ook worden getest door NICER. Roterende neutronensterren, bekend als pulsars, zenden stralingsbundels uit als een vuurtoren en worden gezien om zo snel als 716 keer per seconde rond te draaien. Deze rotatiesnelheid in sommige neutronensterren is stabieler dan de beste atoomklokken die we op aarde hebben. In feite, het is dit kenmerk van neutronensterren dat leidde tot de ontdekking van de eerste planeten buiten ons zonnestelsel in 1992 - drie planeten ter grootte van de aarde die rond een neutronenster draaien.

De NICER-missie, met behulp van een deel van de telescoop genaamd SEXTANT, zal testen of de buitengewone regelmaat en stabiliteit van de rotatie van neutronensterren kan worden gebruikt als een netwerk van navigatiebakens in de verre ruimte. Neutronensterren zouden dus kunnen dienen als natuurlijke satellieten die bijdragen aan een galactisch (in plaats van wereldwijd) positioneringssysteem en waarop toekomstige bemande en onbemande ruimtevaartuigen kunnen vertrouwen om tussen de sterren te navigeren.

NICER zal 18 maanden werken, maar het is te hopen dat NASA de operatie daarna zal blijven ondersteunen, vooral als het zijn ambitieuze wetenschappelijke doelen kan verwezenlijken. Ik hoop het ook, omdat NICER de onschatbare mogelijkheden van eerdere röntgenruimtevaartuigen - RXTE - combineert en aanzienlijk verbetert, Chandra, en XMM-Newton - die worden gebruikt om de mysteries van neutronensterren te ontdekken en eigenschappen van fundamentele fysica te onthullen.

De eerste neutronenster, een pulsar, werd in 1967 ontdekt door Jocelyn Bell Burnell. Het zou passend zijn om in dit 50-jarig jubileumjaar een doorbraak op neutronensterren te realiseren.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.