Рентгеновская обсерватория Чандра НАСА обнаружила первое прямое свидетельство сверхтекучего, странного, без трения состояния вещества в ядре нейтронной звезды.
Изображение выше, выпущенное сегодня, показывает рентгеновские лучи от Чандры (красный, зеленый и синий) и оптические данные от Хаббла (золото) Кассиопеи А, остатки массивной звезды, взорвавшейся в сверхновой. Доказательства сверхтекучести были найдены в плотном ядре звезды, оставшейся позади, так называемой нейтронной звезды. На иллюстрации художника на вставке изображен вырез внутренней части нейтронной звезды, где плотности увеличиваются от оранжевой корки до красного ядра и, наконец, до внутреннего красного шара, области, где существует сверхтекучая жидкость.
Сверхтекучие жидкости, созданные в лабораториях на Земле, обладают замечательными свойствами, такими как способность подниматься вверх и выходить из герметичных контейнеров. Когда они сделаны из заряженных частиц, сверхтекучие жидкости также являются сверхпроводниками, и они пропускают электрический ток без сопротивления. Такие материалы на Земле имеют широкое технологическое применение, например, производство сверхпроводящих магнитов, используемых для магнитно-резонансной томографии [МРТ].
Две независимые исследовательские группы использовали данные Чандры, чтобы показать, что внутри нейтронной звезды содержится сверхтекучая и сверхпроводящая материя, и этот вывод имеет важное значение для понимания ядерных взаимодействий в веществе при самых высоких известных плотностях. Команды публикуют свои исследования отдельно в журналах Ежемесячные уведомления о письмах Королевского астрономического общества а также Письма о физическом обзоре.
Cas A (RA 23 ч. 23 м. 26,7 с. | Дек. + 58 ° 49 ′ 03,00) находится на расстоянии около 11 000 световых лет. Его звезда взорвалась около 330 лет назад во временных рамках Земли. Последовательность чандровских наблюдений за нейтронной звездой показывает, что теперь компактный объект остыл примерно на 4 процента за десятилетний период.
«Это падение температуры, хотя оно и звучит незначительно, было действительно драматичным и удивительным, - сказал Дани Пейдж из Национального автономного университета в Мексике, руководитель одной из двух команд. «Это означает, что внутри этой нейтронной звезды происходит нечто необычное».
Нейтронные звезды содержат самую плотную известную материю, которая непосредственно наблюдаема; одна чайная ложка материала нейтронной звезды весит шесть миллиардов тонн. Давление в ядре звезды настолько велико, что большинство заряженных частиц, электронов и протонов, сливаются, в результате чего звезда состоит в основном из нейтронов.
Новые результаты убедительно свидетельствуют о том, что остальные протоны в ядре звезды находятся в сверхтекучем состоянии и, поскольку они несут заряд, также образуют сверхпроводник.
Обе команды показывают, что быстрое охлаждение в Cas A объясняется образованием нейтронной сверхтекучей жидкости в ядре нейтронной звезды в течение последних 100 лет, если смотреть с Земли. Ожидается, что быстрое охлаждение будет продолжаться в течение нескольких десятилетий, а затем должно замедлиться.
«Оказывается, что Cas A может быть подарком от Вселенной, потому что мы должны были бы поймать очень молодую нейтронную звезду в нужное время», - сказал соавтор Пейджа Мадаппа Пракаш из Университета Огайо. «Иногда небольшая удача может иметь большое значение в науке».
Наступление сверхтекучести в материалах на Земле происходит при чрезвычайно низких температурах, близких к абсолютному нулю, но у нейтронных звезд это может происходить при температурах, близких к миллиарду градусов Цельсия. До сих пор существовала очень большая неопределенность в оценках этой критической температуры. Это новое исследование ограничивает критическую температуру от полумиллиарда до чуть менее миллиарда градусов.
Cas A позволит исследователям проверить модели того, как сильная ядерная сила, которая связывает субатомные частицы, ведет себя в сверхплотном веществе. Эти результаты также важны для понимания диапазона поведения нейтронных звезд, в том числе «сбоев», прецессии и пульсации нейтронных звезд, вспышек магнитаров и эволюции магнитных полей нейтронных звезд.
Источники: пресс-релизы Королевского астрономического общества и Гарварда. Смотрите дополнительные мультимедиа на странице Чандра НАСА, и два исследования в MNRAS а также Phys. Письма Преподобного.
