NASA-in je opservatorij Chandra otkrio prve izravne dokaze za superfluid, bizarno stanje materije bez trenja u jezgri neutronske zvijezde.
Slika iznad, objavljena danas, prikazuje rendgenske zrake iz Chandra (crvena, zelena i plava) i optičke podatke iz Hubblea (zlato) Kasiopeje A, ostatke ogromne zvijezde koja je eksplodirala u supernovi. Dokazi za suvišnu tekućinu pronađeni su u gustom jezgru zvijezde iza sebe, takozvanoj neutronskoj zvijezdi. Umjetnikova ilustracija u umetku prikazuje presjek unutrašnjosti neutronske zvijezde, gdje se gustoća povećava od narančaste kore do crvene jezgre i konačno do unutarnje crvene kugle, regije u kojoj postoji višak tekućine.
Super tekućine stvorene u laboratorijima na Zemlji pokazuju nevjerojatna svojstva kao što su sposobnost penjanja prema gore i bijega od nepropusnih spremnika. Kad su napravljeni od nabijenih čestica, superfluidi su također supravodiči i omogućavaju da struja teče bez otpora. Takvi materijali na Zemlji imaju široku tehnološku primjenu poput proizvodnje superprevodnih magneta koji se koriste za snimanje magnetskom rezonancom [MRI].
Dva neovisna istraživačka tima koristila su Chandra podatke kako bi pokazali da unutrašnjost neutronske zvijezde sadrži suvišu i tekuću supstancu, što je zaključak s važnim implikacijama za razumijevanje nuklearnih interakcija u materiji s najvećim poznatim gustoćama. Timovi objavljuju svoja istraživanja odvojeno u časopisima Mjesečne obavijesti Pisma Kraljevskog astronomskog društva i Pisma o fizičkom pregledu.
Cas A (RA 23h 23m 26.7s | dec + 58 ° 49 ′ 03.00) leži oko 11.000 svjetlosnih godina. Njegova zvijezda eksplodirala je prije otprilike 330 godina u Zemljinom vremenskom okviru. Slijed Chandranih promatranja neutronske zvijezde pokazuje da se sada kompaktni objekt ohladio za oko 4 posto u razdoblju od deset godina.
„Ovaj pad temperature, iako zvuči malo, bio je zaista dramatičan i iznenađujući“, kaže Dany Page sa Nacionalnog autonomnog sveučilišta u Meksiku, vođa jednog od dva tima. "To znači da se unutar ove neutronske zvijezde događa nešto neobično."
Neutronske zvijezde sadrže najgušće poznate materije koje je izravno promatrati; jedna žličica materijala neutronskih zvijezda teži šest milijardi tona. Tlak u jezgri zvijezde je toliko visok da se većina nabijenih čestica, elektrona i protona spaja, što rezultira zvijezdom sastavljenom od neutrona.
Novi rezultati snažno ukazuju na to da su preostali protoni u jezgri zvijezde u super tekućem stanju, a budući da nose naboj, također stvaraju i superprovodnik.
Oba tima pokazuju da se brzo hlađenje u Casu A objašnjava stvaranjem neutrinog neutrona u jezgri neutronske zvijezde u posljednjih 100 godina što se vidi sa Zemlje. Očekuje se da će brzo hlađenje potrajati nekoliko desetljeća, a onda bi trebalo usporiti.
„Ispada da je Cas A možda poklon Svemira jer bismo morali uhvatiti vrlo mladu neutronsku zvijezdu u pravom trenutku“, rekla je Madappa Prakash sa sveučilišta Ohio, suautorica Pagea. "Ponekad malo sreće može otići dug put u znanosti."
Do pojave superfluida u materijalima na Zemlji dolazi pri ekstremno niskim temperaturama blizu apsolutne nule, ali u neutronskim zvijezdama može se pojaviti na temperaturama blizu milijardu Celzijevih stupnjeva. Do sada je postojala vrlo velika neizvjesnost u procjenama ove kritične temperature. Ovo novo istraživanje ograničava kritičnu temperaturu na između jedne i pol milijarde do nešto manje od milijardu stupnjeva.
Cas A omogućit će istraživačima da testiraju modele kako se jaka nuklearna sila, koja veže subatomske čestice, ponaša u ultrazvučnoj materiji. Ovi su rezultati također važni za razumijevanje raspona ponašanja u neutronskim zvijezdama, uključujući "propuste", precesiju i pulsiranje neutronskih zvijezda, izbijanje magneta i razvoj magnetskih polja neutronskih zvijezda.
Izvori: Priopćenja za javnost iz Kraljevskog astronomskog društva i Harvarda. Pogledajte dodatne multimedije na NASA-inoj stranici Chandra i dvije studije u MNRAS i Phys. Svečana pisma.
