Obserwatorium rentgenowskie Chandra NASA odkryło pierwsze bezpośrednie dowody na nadciek, dziwny, pozbawiony tarcia stan materii w jądrze gwiazdy neutronowej.
Zdjęcie powyżej, opublikowane dzisiaj, pokazuje promieniowanie rentgenowskie z Chandra (czerwony, zielony i niebieski) oraz dane optyczne z Hubble'a (złota) Cassiopei A, pozostałości masywnej gwiazdy, która wybuchła w supernowej. Dowody na nadciekłość znaleziono w gęstym jądrze pozostawionej gwiazdy, tak zwanej gwiazdy neutronowej. Ilustracja artysty na wstawce pokazuje wycięcie wnętrza gwiazdy neutronowej, gdzie gęstość rośnie od pomarańczowej skorupy do czerwonego rdzenia i wreszcie do wewnętrznej czerwonej kuli, regionu, w którym istnieje nadciek.
Nadcieki wytworzone w laboratoriach na Ziemi wykazują niezwykłe właściwości, takie jak zdolność wspinania się w górę i ucieczki w szczelnych pojemnikach. Gdy są zbudowane z naładowanych cząstek, nadcieki są również nadprzewodnikami i umożliwiają przepływ prądu elektrycznego bez oporu. Takie materiały na Ziemi mają szerokie zastosowania technologiczne, takie jak wytwarzanie magnesów nadprzewodzących używanych do obrazowania rezonansu magnetycznego [MRI].
Dwa niezależne zespoły badawcze wykorzystały dane Chandra, aby wykazać, że wnętrze gwiazdy neutronowej zawiera materię nadpłynną i nadprzewodzącą, co jest wnioskiem o ważnych implikacjach dla zrozumienia interakcji jądrowych w materii przy najwyższych znanych gęstościach. Zespoły publikują swoje badania oddzielnie w czasopismach Miesięczne zawiadomienia Royal Astronomical Society Letters i Listy z przeglądu fizycznego.
Cas A (RA 23h 23m 26,7s | Dec + 58 ° 49 ′ 03.00) leży w odległości około 11 000 lat świetlnych. Jej gwiazda wybuchła około 330 lat temu w czasie na Ziemi. Sekwencja obserwacji Chandra gwiazdy neutronowej pokazuje, że teraz zwarty obiekt ostygł o około 4 procent w ciągu dziesięciu lat.
„Ten spadek temperatury, choć wydaje się niewielki, był naprawdę dramatyczny i zaskakujący” - powiedziała Dany Page z National Autonomous University w Meksyku, lider jednego z dwóch zespołów. „Oznacza to, że w tej gwiazdy neutronowej dzieje się coś niezwykłego.”
Gwiazdy neutronowe zawierają najgęstszą znaną materię, którą można bezpośrednio zaobserwować; jedna łyżeczka materiału gwiazdy neutronowej waży sześć miliardów ton. Ciśnienie w jądrze gwiazdy jest tak wysokie, że większość naładowanych cząstek, elektronów i protonów, łączy się, tworząc gwiazdę złożoną głównie z neutronów.
Nowe wyniki zdecydowanie sugerują, że pozostałe protony w jądrze gwiazdy znajdują się w stanie nadpłynności i, ponieważ przenoszą ładunek, również tworzą nadprzewodnik.
Oba zespoły pokazują, że szybkie chłodzenie w Cas A tłumaczy się powstawaniem nadciekłego neutronu w rdzeniu gwiazdy neutronowej w ciągu ostatnich 100 lat, widzianych z Ziemi. Oczekuje się, że szybkie chłodzenie potrwa kilka dekad, a następnie powinno zwolnić.
„Okazuje się, że Cas A może być prezentem od Wszechświata, ponieważ musielibyśmy złapać bardzo młodą gwiazdę neutronową we właściwym momencie”, powiedziała współautorka strony, Madappa Prakash z Ohio University. „Czasami odrobina szczęścia może przejść długą drogę w nauce.”
Początek nadpłynności materiałów na Ziemi występuje w ekstremalnie niskich temperaturach zbliżonych do zera absolutnego, ale w gwiazdach neutronowych może wystąpić w temperaturach bliskich miliardowi stopni Celsjusza. Do tej pory istniała bardzo duża niepewność w szacunkach tej temperatury krytycznej. Nowe badania ograniczają temperaturę krytyczną do pół miliarda do prawie miliarda stopni.
Cas A pozwoli badaczom przetestować modele, w których zachowuje się silna siła jądrowa, która wiąże cząsteczki subatomowe w materii ultradęstej. Wyniki te są również ważne dla zrozumienia zakresu zachowania gwiazd neutronowych, w tym „trzasków”, precesji i pulsacji gwiazd neutronowych, wybuchów magnetarowych i ewolucji pól magnetycznych gwiazd neutronowych.
Źródła: Informacje prasowe od Royal Astronomical Society and Harvard. Zobacz dodatkowe multimedia na stronie Chandra NASA i dwa opracowania w MNRAS i Phys. Rev. Letters.
