Nasin rentgenski observatorij Chandra je odkril prve neposredne dokaze o presežni tekočini, bizarnem stanju snovi brez trenja v jedru nevtronske zvezde.
Zgornja slika, objavljena danes, prikazuje rentgenske žarke Chandra (rdeča, zelena in modra) in optične podatke iz Hubblea (zlato) Kasiopeje A, ostanke ogromne zvezde, ki je eksplodirala v supernovi. Dokazi za superfluid so bili najdeni v gostem jedru zvezde, ki je za seboj, tako imenovani nevtronski zvezdi. Slika umetnika v vstavku prikazuje izrez notranjosti nevtronske zvezde, kjer se gostote povečajo od oranžne skorje do rdečega jedra in nazadnje do notranje rdeče kroglice, območja, kjer obstaja presežna tekočina.
Superfluidi, ustvarjeni v laboratorijih na Zemlji, imajo izjemne lastnosti, kot je sposobnost, da se povzpnejo navzgor in uhajajo v nepredušne zabojnike. Kadar so narejeni iz nabitih delcev, so superfluidi tudi superprevodniki in omogočajo, da električni tok teče brez upora. Takšni materiali na Zemlji imajo široko tehnološko uporabo, kot so izdelava superprevodnih magnetov, ki se uporabljajo za slikanje z magnetno resonanco [MRI].
Dve neodvisni raziskovalni skupini so uporabili podatke Chandra, da so pokazali, da notranjost nevtronske zvezde vsebuje presežno tekočino in nadprevodno snov, sklep s pomembnimi posledicami za razumevanje jedrskih interakcij v materiji pri najvišjih znanih gostotah. Ekipe svoje raziskave objavljajo ločeno v revijah Mesečna obvestila Pisma kraljevega astronomskega društva in Pisma o fizičnem pregledu.
Cas A (RA 23h 23m 26,7s | dec + 58 ° 49 ′ 03,00) leži približno 11.000 svetlobnih let. Njegova zvezda je eksplodirala pred približno 330 leti v Zemljinem časovnem okviru. Zaporedje Chandra opazovanja nevtronske zvezde kaže, da se je zdaj kompakten objekt v desetletnem obdobju ohladil za približno 4 odstotke.
"Ta padec temperature, čeprav se sliši majhno, je bil resnično dramatičen in presenetljiv," je dejala Dany Page z Nacionalne avtonomne univerze v Mehiki, vodja ene od obeh ekip. "To pomeni, da se znotraj te nevtronske zvezde dogaja nekaj nenavadnega."
Nevtronske zvezde vsebujejo najgostejšo znano snov, ki je neposredno opazna; ena čajna žlička materiala nevtronskih zvezd tehta šest milijard ton. Tlak v zvezdnem jedru je tako visok, da se večina nabitih delcev, elektronov in protonov združi, zaradi česar je zvezda sestavljena večinoma iz nevtronov.
Novi rezultati močno kažejo, da so preostali protoni v zvezdi zvezda v pretočnem stanju in ker napolnijo, tvorijo tudi superprevodnik.
Obe ekipi dokazujeta, da se hitro ohlajanje v Casu A pojasni s tvorbo nevtronske superfluide v jedru nevtronske zvezde v približno zadnjih 100 letih, kar smo videli z Zemlje. Hitro ohlajanje naj bi se nadaljevalo še nekaj desetletij, nato pa naj bi se upočasnilo.
"Izkazalo se je, da je Cas A morda darilo vesolja, ker bi morali ujeti zelo mlado nevtronsko zvezdo ravno v pravem trenutku," je povedala soavtorica strani Madappa Prakash z univerze Ohio. "Včasih je lahko malo sreče v znanosti daleč."
Začetek presežne tekočine v materialih na Zemlji se pojavi pri izjemno nizkih temperaturah blizu absolutne ničle, v nevtronskih zvezdah pa se lahko pojavi pri temperaturah blizu milijarde stopinj Celzija. Do zdaj je bila ocena teh kritičnih temperatur zelo velika negotovost. Ta nova raziskava omejuje kritično temperaturo med pol in pol milijarde stopinj.
Cas A bo raziskovalcem omogočil testiranje modelov, kako se močna jedrska sila, ki veže subatomske delce, obnaša v ultrazadostni snovi. Ti rezultati so pomembni tudi za razumevanje različnih vedenj v nevtronskih zvezdah, vključno z "glitches", precesijo in pulzacijo nevtronskih zvezd, izbruhi magnetov in gibanje magnetnih polj nevtronskih zvezd.
Viri: Sporočila za javnost Royal Astronomical Society in Harvarda. Oglejte si dodatno večpredstavnost na Nasini strani Chandra in obe študiji v MNRAS in Phys. Rev. pisma.
