A NASA Chandra Röntgenmegfigyelő Intézete felfedezte az első közvetlen bizonyítékokat egy neutroncsillagban levő szuperfolyadékról, egy bizarr, súrlódásmentes anyagállapotról.
A fenti, ma kiadott kép a Chandra (vörös, zöld és kék) röntgensugárját és a Cassiopeia A Hubble (arany) optikai adatait mutatja, egy szupernóvában felrobbanó hatalmas csillag maradványaival. A szuperfolyadék bizonyítékát a hátrahagyott csillag sűrű magjában, az úgynevezett neutroncsillagban találták meg. A művész beillesztése ábrán a neutroncsillag belsejében egy kivágást ábrázolja, ahol a sűrűség növekszik a narancssárga kéregből a piros magba és végül a belső piros golyóba, az a régió, ahol a szuperfolyadék létezik.
A földi laboratóriumokban létrehozott szuperfolyadékok figyelemre méltó tulajdonságokkal rendelkeznek, például képesek felfelé mászni és légmentesen tartályokat kijutni. Amikor töltött részecskékből készülnek, a szuperfolyadékok szintén szupravezetők, és lehetővé teszik az elektromos áram ellenállás nélküli áramlását. Az ilyen anyagoknak a Földön széles körű technológiai alkalmazása van, például a mágneses rezonancia képalkotáshoz használt szupravezető mágnesek előállítása [MRI].
Két független kutatócsoport használta Chandra adatait annak kimutatására, hogy egy neutroncsillag belsejében szuperfolyadék és szupravezető anyag található, ez a következtetés fontos következményekkel jár az anyag nukleáris kölcsönhatásainak megértésében a legnagyobb ismert sűrűség mellett. A csapatok külön közzéteszik kutatásaikat a folyóiratokban A Királyi Csillagászati Társaság havi értesítései és Fizikai áttekintő levelek.
Cas A (RA 23h 23m 26,7s | December + 58 ° 49 ′ 03.00) körülbelül 11 000 fényévnyire fekszik. Csillaga kb. 330 évvel ezelőtt felrobbant a Föld időkeretében. A neutroncsillag Chandra megfigyeléseinek sorozata azt mutatja, hogy a most kompakt tárgy körülbelül 4 százalékkal hűlt le egy tíz év alatt.
"Ez a hőmérséklet-csökkenés, bár kicsinek tűnik, igazán drámai és meglepő volt" - mondta Dany Page a mexikói Nemzeti Autonóm Egyetemen, a két csapat egyikének vezetője. "Ez azt jelenti, hogy ezen a neutroncsillagnál valami szokatlan történik."
A neutroncsillagok a legszorosabb ismert anyagot tartalmazzák, amely közvetlenül megfigyelhető; egy teáskanál neutroncsillag anyag hat milliárd tonna. A csillag magjában a nyomás olyan magas, hogy a töltött részecskék, az elektronok és a protonok többsége összeolvad - ami egy csillagot tartalmaz, amely többnyire neutronokból áll.
Az új eredmények határozottan azt sugallják, hogy a csillag magjában megmaradó protonok szuperfolyadékban vannak, és mivel töltésük van, szupravezetőt képeznek.
Mindkét csapat megmutatja, hogy a Cas A gyors hűtése azzal magyarázható, hogy a neutroncsillag magjában egy neutronszuperfolyadék képződik az elmúlt 100 évben, a Földről nézve. A gyors hűtés várhatóan néhány évtizeden keresztül folytatódik, majd lelassul.
"Kiderül, hogy a Cas A lehet egy ajándék az univerzumtól, mert nagyon fiatal neutroncsillagot kellene elkapnunk a megfelelő időben" - mondta Page társszerzője, Madappa Prakash, az Ohio University-től. "Időnként egy kicsit jó szerencsét jelentősen elérhetünk a tudományban."
Az anyagok szuperfolyékonysága a Földön rendkívül alacsony hőmérsékleten alakulhat ki, az abszolút nulla közelében, a neutroncsillagokban pedig milliárd Celsius fokos hőmérsékleten fordulhat elő. Eddig nagyon nagy bizonytalanság volt a kritikus hőmérséklet becslésein. Ez az új kutatás a kritikus hőmérsékletet fél milliárd és csaknem egymilliárd fok alá szorítja.
A Cas A lehetővé teszi a kutatóknak, hogy kipróbálják azokat a modelleket, amelyek szerint a szubatomi részecskéket megkötő erős nukleáris erő viselkedik az ultradenzitású anyagokban. Ezek az eredmények a neutroncsillagok viselkedésének megértéséhez is fontosak, beleértve a „csillogásokat”, a neutroncsillagok precesszióját és pulzációját, a mágneses kitöréseket és a neutroncsillagok mágneses tereinek alakulását.
Források: A Királyi Csillagászati Társaság és a Harvard sajtóközleményei. Tekintse meg a további multimédiát a NASA Chandra oldalán és a két tanulmányt itt MNRAS és Phys. Rev. Betűk.
