Rentgenová observatoř NASA společnosti Chandra objevila první přímý důkaz superfluidu, bizarního stavu hmoty bez tření v jádru neutronové hvězdy.
Výše uvedený snímek, zveřejněný dnes, ukazuje rentgenové paprsky z Chandry (červené, zelené a modré) a optické údaje z Hubbleova (zlata) Cassiopeie A, zbytky obrovské hvězdy, která explodovala v supernově. Důkazy o superfluidu byly nalezeny v hustém jádru hvězdy zanechané, tzv. Neutronové hvězdy. Ilustrace umělce ve vložce ukazuje výřez vnitřku neutronové hvězdy, kde hustoty vzrůstají od oranžové kůry k červenému jádru a nakonec k vnitřní červené kouli, oblasti, kde superfluid existuje.
Superfluidy vytvořené v laboratořích na Zemi vykazují pozoruhodné vlastnosti, jako je schopnost stoupat vzhůru a unikat vzduchotěsným kontejnerům. Když jsou vyrobeny z nabitých částic, superfluidy jsou také supravodiče a umožňují proudění elektrického proudu bez odporu. Takové materiály na Zemi mají rozsáhlé technologické aplikace, jako je výroba supravodivých magnetů používaných pro zobrazování magnetickou rezonancí [MRI].
Dva nezávislé výzkumné týmy použily data z Chandry, aby ukázaly, že vnitřek neutronové hvězdy obsahuje superfluidní a supravodivou látku, což je závěr s důležitými důsledky pro pochopení jaderných interakcí v hmotě při nejvyšších známých hustotách. Týmy publikují svůj výzkum samostatně v časopisech Měsíční oznámení o dopisech královské astronomické společnosti a Dopisy fyzické kontroly.
Cas A (RA 23h 23m 26,7s | Dec + 58 ° 49 '03,00) leží asi 11 000 světelných let daleko. Jeho hvězda explodovala asi před 330 lety v časovém rámci Země. Sekvence pozorování neutronové hvězdy Chandrou ukazuje, že nyní kompaktní objekt se během deseti let ochladil asi o 4 procenta.
"Tento pokles teploty, i když to zní jako malý, byl opravdu dramatický a překvapující," řekl Dany Page z Národní autonomní univerzity v Mexiku, vedoucí jednoho ze dvou týmů. "To znamená, že se v této neutronové hvězdě děje něco neobvyklého."
Neutronové hvězdy obsahují nejhustší známou hmotu, která je přímo pozorovatelná; jedna lžička materiálu neutronové hvězdy váží šest miliard tun. Tlak v jádru hvězdy je tak vysoký, že většina nabitých částic, elektronů a protonů se sloučí - výsledkem je hvězda složená převážně z neutronů.
Nové výsledky silně naznačují, že zbývající protony v jádru hvězdy jsou v superfluidním stavu a, protože nesou náboj, také tvoří supravodič.
Oba týmy ukazují, že rychlé ochlazení v Cas A je vysvětleno vytvořením neutronového superfluidu v jádru neutronové hvězdy během posledních 100 let, jak je vidět ze Země. Očekává se, že rychlé ochlazování bude trvat několik desetiletí, a pak by se mělo zpomalit.
"Ukazuje se, že Cas A může být darem z Vesmíru, protože bychom museli chytit velmi mladou neutronovou hvězdu ve správný okamžik," řekla spoluautorka stránky Page, Madappa Prakash, z Ohio University. "Někdy může být trochu štěstí ve vědě daleko."
Nástup superfluidity v materiálech na Zemi nastává při extrémně nízkých teplotách blízkých absolutní nule, ale v neutronových hvězdách se může vyskytovat při teplotách blízkých miliardě Celsia. Doposud existovala velmi velká nejistota v odhadech této kritické teploty. Tento nový výzkum omezuje kritickou teplotu na půl až miliardu.
Případ A umožní vědcům testovat modely toho, jak se silná jaderná síla, která váže subatomové částice, chová v ultrafialové hmotě. Tyto výsledky jsou také důležité pro pochopení rozsahu chování v neutronových hvězdách, včetně „závad“, precese a pulsace neutronových hvězd, magnetických výbojů a vývoje magnetických polí neutronových hvězd.
Zdroje: Tiskové zprávy od Královské astronomické společnosti a Harvardu. Podívejte se na další multimédia na stránce NASA Chandra a dvě studie na MNRAS a Phys. Rev. Dopisy.
