Czym jest NICER?
NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) to instrument rentgenowski zamontowany na zewnątrz Modułu Eksperymentów Japońskich (JEM-EF) na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), aktywny od 14 czerwca 2017 roku. Celem misji jest precyzyjne badanie emisji rentgenowskiej z gwiazd neutronowych – w szczególności pulsarów milisekundowych (MSP) – aby poznać stan materii w ich wnętrzu, gdzie gęstość przekracza gęstość jądra atomowego (powyżej 2 x 10^14 g/cm3). NICER jest pierwszym instrumentem kosmicznym dedykowanym ekstremalnie precyzyjnej fotometrii czasu w rentgenie – mierzy docierające fotony z rozdzielczością czasową do 100 nanosekund.
Instrumenty i parametry: 52 zestawy koncentratorów rentgenowskich (XRC, X-ray Concentrator Optics) z odpowiadającymi im krzemowymi detektorami dryftu (SDD, Silicon Drift Detectors) – zbierają fotony z zakresu 0,2-12 keV. Skuteczna powierzchnia zbierania: ok. 1900 cm2 (przy 1,5 keV). Rozdzielczość energetyczna: ok. 85 eV przy 1 keV. Zasięg kątowy: ok. 30 sekund łukowych FWHM. Czas ekspozycji: do kilku tysięcy sekund na przejście ISS. NICER umożliwia metodę profilometrii impulsowej (Pulse Profile Modeling, PPM): precyzyjny kształt impulsu rentgenowskiego z pulsara MSP zależy od geometrii gorących plam na powierzchni i równania stanu materii (EOS) – przez dopasowanie modeli do obserwacji wyznacza sie masę i promień gwiazdy neutronowej z dokładnością kilku procent. Wyniki 2019 roku dla pulsara J0030+0451 (masa ok. 1,34 M_sol, promień ok. 12,71 km) i J0740+6620 (masa ok. 2,08 M_sol, promień ok. 13,7 km) eliminują miękkie EOS (zdegenerowane kwarki) i wskazują na twardą materię jądrową.
NICER pracuje rowniez jako SEXTANT (Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology) – demonstracja nawigacji autonomicznej w przestrzeni kosmicznej przez pomiar faz impulsów pulsarów MSP (X-ray pulsar navigation, XNAV). Satelita Ziemi lub sonda kosmiczna może wyznaczyć swoją pozycję z precyzją kilometra przez porównanie czasu docierania pulsów z kilku pulsarów – bez kontaktu z Ziemią. Technologia kluczowa dla autonomicznych misji do Marsa i dalszych celów. NICER wykrywa takze rozbłyski rentgenowskie (X-ray bursts) z akretujących gwiazd neutronowych w układach podwójnych – termojądrowe wybuchy warstwy wodorowej na powierzchni (Type I X-ray bursts), trwające kilkadziesiąt sekund. W 2019 roku NICER zaobserwował po raz pierwszy superburstng z J1808 i wielokrotne rozbłyski z EXO 0748-676. Misja przedłużona do co najmniej 2026 roku.