Рентгенівська обсерваторія Чандра НАСА виявила перші прямі докази появи надлишкового, химерного стану, що не має тертя, в основі нейтронної зірки.
На зображенні вище, опублікованому сьогодні, показані рентгенівські знімки Чандри (червоний, зелений і синій) та оптичні дані з Хаббла (золото) Кассіопеї А, залишки масивної зірки, що вибухнула в надновій. Докази для надлишкової рідини були знайдені у щільному ядрі зорі, залишеній позаду, так званій нейтронній зірці. Ілюстрація художника на вставці показує вирізання внутрішніх приміщень нейтронної зірки, де щільність збільшується від помаранчевої кори до червоного ядра і, нарешті, до внутрішньої червоної кулі, області, де існує надлишок.
Надлишки, створені в лабораторіях на Землі, володіють чудовими властивостями, такими як здатність підніматися вгору і виходити з герметичних контейнерів. Коли вони виготовлені із заряджених частинок, надлишки також є надпровідниками, і вони дозволяють протікати електричний струм без опору. Такі матеріали на Землі мають широке технологічне застосування, наприклад, виготовлення надпровідних магнітів, що використовуються для магнітно-резонансної томографії [МРТ].
Дві незалежні дослідницькі групи використали дані Чандри, щоб показати, що внутрішня частина нейтронної зірки містить надлишкові та надпровідні речовини, висновок з важливими наслідками для розуміння ядерних взаємодій у речовині з найбільшою відомою щільністю. Команди публікують свої дослідження окремо в журналах Щомісячні повідомлення листів Королівського астрономічного товариства і Листи з фізичного огляду.
Cas A (RA 23h 23m 26.7s | Dec + 58 ° 49 ′ 03.00) пролягає приблизно 11 000 світлових років. Її зірка вибухнула приблизно 330 років тому в часові рамки Землі. Послідовність спостережень Чандри за нейтронною зіркою показує, що тепер компактний об'єкт охолонув приблизно на 4 відсотки протягом десятирічного періоду.
"Таке падіння температури, хоча воно і звучить мало, було насправді драматичним і дивним", - сказала Дані Пейдж з Національного автономного університету в Мексиці, лідер однієї з двох команд. "Це означає, що всередині цієї нейтронної зірки відбувається щось незвичне".
Нейтронні зірки містять найгустішу відому речовину, яка безпосередньо спостерігається; одна чайна ложка матеріалу нейтронної зірки важить шість мільярдів тонн. Тиск у ядрі зірки настільки високий, що більшість заряджених частинок, електронів і протонів зливаються, що призводить до того, що зірка складається з переважно нейтронів.
Нові результати наголошують на тому, що решта протонів у ядрі зірки знаходяться у надлишковому стані і, оскільки вони несуть заряд, також утворюють надпровідник.
Обидві команди показують, що швидке похолодання в Кас А пояснюється утворенням надлишків нейтронів у ядрі нейтронної зірки протягом приблизно останніх 100 років, що спостерігаються із Землі. Очікується, що швидке охолодження триватиме протягом декількох десятиліть, а потім воно повинно сповільнитись.
"Виявляється, що Кас А може бути подарунком від Всесвіту, оскільки нам доведеться зловити дуже молоду нейтронну зірку в потрібний момент", - сказала співавтор Сторінки Мадаппа Пракаш з Університету Огайо. "Іноді трохи щастя може пройти довгий шлях науки".
Початок надлишковості в матеріалах на Землі відбувається при вкрай низьких температурах, близьких до абсолютного нуля, але у нейтронних зірок він може відбуватися при температурі близько мільярда градусів Цельсія. Дотепер в оцінках цієї критичної температури існувала дуже велика невизначеність. Це нове дослідження обмежує критичну температуру від півмільярда до трохи менше мільярда градусів.
Кас А дозволить дослідникам перевірити моделі того, як сильна ядерна сила, яка зв’язує субатомні частинки, поводиться у надтонній речовині. Ці результати також важливі для розуміння діапазону поведінки в нейтронних зірках, включаючи «глюки», прецесію та пульсацію нейтронних зірок, спалахи магніту та еволюцію магнітних полів нейтронних зірок.
Джерела: Прес-релізи Королівського астрономічного товариства та Гарварду. Дивіться додаткову мультимедіа на сторінці Чандра НАСА та два дослідження в MNRAS і Фіз. Преподобні листи.
