Rentgenowski obraz nocnego nieba – nowy sposób postrzegania Wszechświata

Niezwykła mapa powstała na bazie niedawno opublikowanych danych uchwyconych przez należącą do NASA sondę Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER). Te migoczące kropki i splątane pętle są wynikiem blisko dwuletnich wysiłków włożonych w badanie kosmicznych źródeł promieniowania rentgenowskiego z orbity Ziemi.

Na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej znajduje się najważniejszy element teleskopu NICER – sześcian wielkości pralki zwany Rentgenowskim Instrumentem Pomiarowym (X-ray Timing Instrument, XTI). To układ 56 detektorów fotonów rentgenowskich, które rejestrują energie zebranych fotonów, jak również ich czas dotarcia. Odbiornik GPS umożliwia dokładne pomiary czasu i położenia instrumentu. Fotony rentgenowskie mogą być oznaczone czasowo z dokładnością mniejszą niż 300 ns. Mniej więcej co półtorej godziny po zachodzie Słońca urządzenie zbiera takie wysokoenergetyczne fotony z ośmiu lokalizacji dostępnych z orbity ISS. Na otrzymanej dzięki takim obserwacjom mapie każda zakrzywiona linia odpowiada drodze, wdłuż której instrument śledzi niebo, gdy jego wysokoenergetyczne oczy przesuwają się od jednego źródła do następnego. Mniejsze plamki i linie to z kolei wysokoenergetyczne cząstki rozbijające się o jego czujniki.

Jednak bardziej może interesujące są większe „iskierki”, których jasność wynika zarówno z ilości czasu, jaki NICER spędza na obserwacjach wycinka nieba w danym miejscu, jak i z ich własnego, bardzo obfitego promieniowania rentgenowskiego. Wiele z tych miejsc to po prostu okolice obiektów zwanych gwiazdami neutronowymi. Obiekty te są tak gęste, że jedyną rzeczą, która powstrzymuje je przed dalszym zapadnięciem się w czarną dziurę, jest prawo fizyczne mówiące, że określone cząstki elementarne tworzące gwiazdy nie mogą zajmować tego samego stanu kwantowego, a zatem materia tworząca jądra gwiazd nie może być dowolnie gęsto upakowana – Zakaz Pauliego. Przynajmniej nie bez obecności znacznie większej siły grawitacji. Problem w tym, że naukowcy wciąż nie są do końca pewni, jak gwiazdy neutronowe powstają i ewoluują, ponieważ ich dokładne rozmiary nie zostały jednoznacznie wyznaczone.

Lepsza znajomość rzeczywistych promieni tych gwiazd mogłaby zatem pozwolić nam dowiedzieć się więcej o dość egzotycznej i niezwykłej fizyce, która działa wewnątrz nich. Jest szansa, że właśnie dzięki obserwacjom prowadzonym w ramach misji NICER będziemy w stanie określić rozmiary gwiazd neutronowych z wyższą dokładnością – dochodzącą nawet do 5 procent. Co więcej, niektóre z tych gwiazd są dodatkowo szybkimi pulsarami. Ustalenie czasu mijającego między każdymi dwoma pojawieniami się ich przypominających latarnie morskie wiązek promieniowania rentgenowskiego – czyli okresu danego pulsara – może też dać astronomom bardzo szczegółowy obraz i rozkład tej populacji obiektów.

To nie koniec. Towarzyszący projektowi NICER eksperyment SEXTANT (Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology), będący jego rozwinięciem i unowocześnieniem, już zbiera informacje, które nie tylko pomogą w kierowaniu przyszłością misji, ale także przyczynią się do dalszych badań kosmosu w ujęciu ogólnym. I choć zamieszczone tu grafiki mogą wyglądać dość chaotyczne, w tej misce z kosmicznym spaghetti i klopsikami, jak nazywa je portal Amazingastronomy, astronomowie znajdują bardzo dużo informacji. Dla wielu z nas wiedza ta może być dość niedostępna, ale możemy też po prostu spojrzeć na to rentgenowskie niebo i wyobrazić sobie, że jesteśmy astronomem z prawdziwie rentgenowskim wzrokiem, swobodnie oglądającym gwiazdy na planecie Krypton.

– Już po niewielkiej obróbce zdjęcie to ukazuje Pętlę Łabędzia, pozostałość po supernowej odległą od nas o około 90 lat świetlnych i liczącą od 5 do 8 tysięcy lat – dodaje Keith Gendreau, główny badacz z Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA. – Stopniowo budujemy nowy obraz rentgenowski całego nieba i możliwe jest, że nocne przeglądy NICER ujawnią wcześniej nieznane obiekty.