Observatorul de raze X Chandra al NASA a descoperit primele dovezi directe pentru un superfluid, o stare bizară, fără fricțiuni, în centrul unei stele cu neutroni.
Imaginea de mai sus, lansată astăzi, arată raze X de la Chandra (roșu, verde și albastru) și date optice de la Hubble (aur) din Cassiopeia A, rămășițele unei stele masive care a explodat într-o supernova. Dovezile pentru superfluid au fost găsite în miezul dens al stelei lăsate în urmă, așa-numita stea neutronică. Ilustrația artistului din interior arată un decupaj al interiorului stelei cu neutroni, unde densitățile cresc de la crusta portocalie până la miezul roșu și în final la bila roșie interioară, regiunea în care există superfluidul.
Superfluidele create în laboratoarele de pe Pământ prezintă proprietăți remarcabile, precum capacitatea de a urca în sus și de a scăpa de containerele etanșe. Când sunt formate din particule încărcate, superfluidele sunt, de asemenea, supraconductori și permit ca curentul electric să curgă fără rezistență. Astfel de materiale de pe Pământ au aplicații tehnologice răspândite, precum producerea magneților supraconductori folosiți pentru imagistica prin rezonanță magnetică [RMN].
Două echipe independente de cercetare au utilizat datele Chandra pentru a arăta că interiorul unei stele cu neutroni conține materie superfluidă și superconductoare, o concluzie cu implicații importante pentru înțelegerea interacțiunilor nucleare în materie la cele mai mari densități cunoscute. Echipele își publică separat cercetările în jurnale Avize lunare ale scrisorilor Royal Astronomical Society și Scrisori de revizuire fizică.
Cas A (RA 23h 23m 26.7s | Dec + 58 ° 49 ′ 03.00) se află la aproximativ 11.000 de ani lumină. Steaua sa a explodat acum aproximativ 330 de ani în intervalul de timp al Pământului. O secvență de observații Chandra a stelei de neutron arată că obiectul acum compact s-a răcit cu aproximativ 4 la sută pe o perioadă de zece ani.
„Această scădere a temperaturii, deși sună mică, a fost într-adevăr dramatică și surprinzătoare”, a spus Dany Page de la Universitatea Națională Autonomă din Mexic, liderul uneia dintre cele două echipe. „Aceasta înseamnă că se întâmplă ceva neobișnuit în cadrul acestei stele cu neutroni.”
Stelele neutronice conțin cea mai densă materie cunoscută care este direct observabilă; o linguriță de material cu stele neutronice cântărește șase miliarde de tone. Presiunea din miezul stelei este atât de mare încât majoritatea particulelor încărcate, electronii și protonii se contopesc - rezultând o stea compusă în mare parte din neutroni.
Noile rezultate sugerează cu tărie că protonii rămași în miezul stelei se află într-o stare superfluidă și, deoarece au o taxă, formează și un superconductor.
Ambele echipe arată că răcirea rapidă în Cas A se explică prin formarea unui superfluid de neutroni în miezul stelei neutronului în ultimii 100 de ani, văzută de pe Pământ. Răcirea rapidă este de așteptat să continue câteva decenii, apoi ar trebui să încetinească.
„Se dovedește că Cas A poate fi un cadou de la Univers, pentru că ar trebui să prindem o stea neutronă foarte tânără la momentul potrivit”, a declarat co-autorul paginii, Madappa Prakash, de la Universitatea Ohio. „Uneori, puțin noroc poate merge mult în știință.”
Debutul superfluidității materialelor de pe Pământ are loc la temperaturi extrem de scăzute aproape de zero absolut, dar în stelele neutronice, poate apărea la temperaturi de aproape un miliard de grade Celsius. Până acum exista o incertitudine foarte mare în estimările acestei temperaturi critice. Această nouă cercetare constrânge temperatura critică la o jumătate de miliard până la puțin sub un miliard de grade.
Cas A va permite cercetătorilor să testeze modele cum se comportă forța nucleară puternică, care leagă particulele subatomice, în materie ultradense. Aceste rezultate sunt, de asemenea, importante pentru înțelegerea unei game de comportamente în stele neutronice, incluzând „glitches”, precesiunea și pulsarea stelelor neutronice, izbucnirile magnetare și evoluția câmpurilor magnetice cu stele neutronice.
Surse: Comunicate de presă de la Royal Astronomical Society și Harvard. Vedeți multimedia suplimentară pe pagina Chandra a NASA și cele două studii în MNRAS și Phys. Scrisorile Rev..
