NASAs Chandra røntgenobservatorium har opdaget det første direkte bevis for en overflødig, en bisarr, friktionsfri stofstilstand, i kernen af en neutronstjerne.
Billedet ovenfor, der er frigivet i dag, viser røntgenstråler fra Chandra (rød, grøn og blå) og optiske data fra Hubble (guld) fra Cassiopeia A, resterne af en massiv stjerne, der eksploderede i en supernova. Beviset for overfladisk væske er fundet i den tætte kerne af den efterladte stjerne, en såkaldt neutronstjerne. Kunstnerens illustration i indsættelsen viser en udskæring af det indre af neutronstjernen, hvor densiteterne stiger fra den orange skorpe til den røde kerne og til sidst til den indre røde kugle, det område, hvor overfladet findes.
Superfluider oprettet i laboratorier på Jorden udviser bemærkelsesværdige egenskaber, såsom evnen til at klatre opad og undslippe lufttætte containere. Når de er lavet af ladede partikler, er superfluider også superledere, og de tillader elektrisk strøm at strømme uden modstand. Sådanne materialer på Jorden har udbredte teknologiske anvendelser som at fremstille de superledende magneter, der bruges til magnetisk resonansafbildning [MRI].
To uafhængige forskerteam har brugt Chandra-data til at vise, at det indre af en neutronstjerne indeholder overflødig og superledende stof, en konklusion med vigtige implikationer for at forstå nukleare interaktioner i stof med den højest kendte densitet. Holdene offentliggør deres forskning separat i tidsskrifterne Månedlige meddelelser om Royal Astronomical Society Letters og Fysiske gennemgangsbreve.
Cas A (RA 23t 23m 26,7s | Dec + 58 ° 49 ′ 03,00) ligger omkring 11.000 lysår væk. Dens stjerne eksploderede for ca. 330 år siden i Jordens tidsramme. En række af Chandra-observationer af neutronstjernen viser, at den nu kompakte genstand er afkølet med ca. 4 procent over en tiårsperiode.
”Dette fald i temperaturen, selvom det lyder lille, var virkelig dramatisk og overraskende at se,” sagde Dany Page fra det nationale autonome universitet i Mexico, leder af et af de to hold. ”Det betyder, at der sker noget usædvanligt inden for denne neutronstjerne.”
Neutronstjerner indeholder den tæteste kendte stof, der er direkte observerbar; en teskefuld neutronstermateriale vejer seks milliarder ton. Trykket i stjernens kerne er så højt, at de fleste af de ladede partikler, elektroner og protoner smelter sammen - hvilket resulterer i en stjerne, der for det meste består af neutroner.
De nye resultater antyder kraftigt, at de resterende protoner i stjernens kerne er i en overfladisk tilstand og, fordi de bærer en ladning, også danner en superleder.
Begge hold viser, at den hurtige afkøling i Cas A er forklaret af dannelsen af en neutronoverfladisk vægt i kernen af neutronstjernen inden for de sidste 100 år set fra Jorden. Den hurtige afkøling forventes at fortsætte i et par årtier, og derefter bør den bremse.
”Det viser sig, at Cas A muligvis er en gave fra universet, fordi vi bliver nødt til at fange en meget ung neutronstjerne på lige det rette tidspunkt,” sagde Page's medforfatter Madappa Prakash fra Ohio University. ”Nogle gange kan en lille formue gå langt inden for videnskab.”
Indtræden af overfluiditet i materialer på Jorden forekommer ved ekstremt lave temperaturer nær absolut nul, men i neutronstjerner kan det forekomme ved temperaturer nær en milliard grader Celsius. Indtil nu var der en meget stor usikkerhed i skøn over denne kritiske temperatur. Denne nye forskning begrænser den kritiske temperatur til mellem en halv milliard til knap en milliard grader.
Cas A vil give forskere mulighed for at teste modeller af, hvordan den stærke atomkraft, der binder subatomære partikler, opfører sig i ultradense stof. Disse resultater er også vigtige for at forstå en række adfærd i neutronstjerner, herunder "glitches", neutronstjernepræcession og pulsering, magnetiske udbrud og udviklingen af neutronstjernemagnetiske felter.
Kilder: Pressemeddelelser fra Royal Astronomical Society og Harvard. Se yderligere multimedia på NASAs Chandra-side og de to undersøgelser i MNRAS og Phys. Præsten Brev.
