Το Παρατηρητήριο Ακτίνων Χ Chandra της NASA ανακάλυψε τα πρώτα άμεσα στοιχεία για ένα υπερρευστό, μια παράξενη, χωρίς τριβή κατάσταση της ύλης, στον πυρήνα ενός άστρου νετρονίων.
Η παραπάνω εικόνα, που κυκλοφόρησε σήμερα, δείχνει ακτίνες Χ από το Chandra (κόκκινο, πράσινο και μπλε) και οπτικά δεδομένα από το Hubble (χρυσό) της Cassiopeia A, τα ερείπια ενός τεράστιου αστεριού που εξερράγη σε ένα σουπερνόβα. Τα στοιχεία για το υπερρευστό βρέθηκαν στον πυκνό πυρήνα του άστρου που άφησε πίσω, ένα λεγόμενο αστέρι νετρονίων. Η εικόνα του καλλιτέχνη στο ένθετο δείχνει μια αποκοπή του εσωτερικού του αστεριού νετρονίων, όπου οι πυκνότητες αυξάνονται από τον πορτοκαλί φλοιό στον κόκκινο πυρήνα και τέλος στην εσωτερική κόκκινη σφαίρα, την περιοχή όπου υπάρχει το υπερρευστό.
Τα υπερρευστά που δημιουργούνται σε εργαστήρια στη Γη παρουσιάζουν αξιοσημείωτες ιδιότητες, όπως η ικανότητα να ανεβαίνουν προς τα πάνω και να ξεφεύγουν από αεροστεγή δοχεία. Όταν είναι κατασκευασμένα από φορτισμένα σωματίδια, τα υπερρευστά είναι επίσης υπεραγωγοί και επιτρέπουν στο ηλεκτρικό ρεύμα να ρέει χωρίς αντίσταση. Τέτοια υλικά στη Γη έχουν εκτεταμένες τεχνολογικές εφαρμογές όπως η παραγωγή υπεραγωγών μαγνητών που χρησιμοποιούνται για απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού [MRI].
Δύο ανεξάρτητες ερευνητικές ομάδες έχουν χρησιμοποιήσει δεδομένα Chandra για να δείξουν ότι το εσωτερικό ενός αστεριού νετρονίων περιέχει υπερρευστό και υπεραγώγιμο υλικό, ένα συμπέρασμα με σημαντικές συνέπειες για την κατανόηση των πυρηνικών αλληλεπιδράσεων στην ύλη στις υψηλότερες γνωστές πυκνότητες. Οι ομάδες δημοσιεύουν την έρευνά τους ξεχωριστά στα περιοδικά Μηνιαίες ειδοποιήσεις των επιστολών της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας και Επιστολές φυσικής αναθεώρησης.
Το Cas A (RA 23h 23m 26.7s | Dec + 58 ° 49 ′ 03.00) βρίσκεται περίπου 11.000 έτη φωτός μακριά. Το αστέρι του εξερράγη πριν από περίπου 330 χρόνια στο χρονικό πλαίσιο της Γης. Μια ακολουθία παρατηρήσεων του Chandra για το αστέρι νετρονίων δείχνει ότι το πλέον συμπαγές αντικείμενο έχει κρυώσει κατά περίπου 4 τοις εκατό σε μια περίοδο δέκα ετών.
«Αυτή η πτώση της θερμοκρασίας, αν και ακούγεται μικρή, ήταν πραγματικά δραματική και έκπληξη», δήλωσε ο Dany Page του Εθνικού Αυτόνομου Πανεπιστημίου στο Μεξικό, ηγέτης μιας από τις δύο ομάδες. "Αυτό σημαίνει ότι κάτι ασυνήθιστο συμβαίνει σε αυτό το αστέρι νετρονίων."
Τα αστέρια νετρονίων περιέχουν την πυκνότερη γνωστή ύλη που είναι άμεσα παρατηρήσιμη. ένα κουταλάκι του γλυκού υλικό αστεριού νετρονίων ζυγίζει έξι δισεκατομμύρια τόνους. Η πίεση στον πυρήνα του αστεριού είναι τόσο υψηλή που τα περισσότερα φορτισμένα σωματίδια, ηλεκτρόνια και πρωτόνια συγχωνεύονται - με αποτέλεσμα ένα αστέρι που αποτελείται κυρίως από νετρόνια.
Τα νέα αποτελέσματα δείχνουν έντονα ότι τα εναπομείναντα πρωτόνια στον πυρήνα του αστεριού βρίσκονται σε κατάσταση υπερρευστότητας και, επειδή φέρουν φορτίο, σχηματίζουν επίσης υπεραγωγό.
Και οι δύο ομάδες δείχνουν ότι η ταχεία ψύξη στο Cas A εξηγείται από το σχηματισμό υπερρευστού νετρονίου στον πυρήνα του αστεριού νετρονίων μέσα στα τελευταία 100 χρόνια, όπως φαίνεται από τη Γη. Η ταχεία ψύξη αναμένεται να συνεχιστεί για μερικές δεκαετίες και στη συνέχεια θα πρέπει να επιβραδυνθεί.
"Αποδεικνύεται ότι το Cas A μπορεί να είναι ένα δώρο από το Σύμπαν, γιατί θα έπρεπε να πιάσουμε ένα πολύ νέο αστέρι νετρονίων τη σωστή στιγμή", δήλωσε η συν-συγγραφέας της σελίδας Madappa Prakash, από το Πανεπιστήμιο του Οχάιο. "Μερικές φορές μια μικρή καλή τύχη μπορεί να προχωρήσει πολύ στην επιστήμη."
Η έναρξη της υπερρευστότητας σε υλικά στη Γη εμφανίζεται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν, αλλά σε αστέρια νετρονίων, μπορεί να συμβεί σε θερμοκρασίες κοντά σε ένα δισεκατομμύριο βαθμούς Κελσίου. Μέχρι τώρα υπήρχε μια πολύ μεγάλη αβεβαιότητα στις εκτιμήσεις αυτής της κρίσιμης θερμοκρασίας. Αυτή η νέα έρευνα περιορίζει την κρίσιμη θερμοκρασία μεταξύ ενός μισού δισεκατομμυρίου έως μόλις ενός δισεκατομμυρίου βαθμών.
Το Cas A θα επιτρέψει στους ερευνητές να δοκιμάσουν μοντέλα για το πώς η ισχυρή πυρηνική δύναμη, η οποία δεσμεύει τα υποατομικά σωματίδια, συμπεριφέρεται στην υπεραισθησία. Αυτά τα αποτελέσματα είναι επίσης σημαντικά για την κατανόηση μιας σειράς συμπεριφοράς στα αστέρια νετρονίων, συμπεριλαμβανομένων των «δυσλειτουργιών», της μετάβασης και του παλμού των αστεριών νετρονίων, των εκρήξεων μαγνητικών και της εξέλιξης των μαγνητικών πεδίων των αστεριών νετρονίων.
Πηγές: Δελτία τύπου από τη Royal Astronomical Society και το Harvard. Δείτε επιπλέον πολυμέσα στη σελίδα Chandra της NASA και οι δύο μελέτες MNRAS και Φυσ. Αναθ. Επιστολές.
