NASAs Chandra røntgenobservatorium har oppdaget det første direkte beviset for en overflødig, en bisarr, friksjonsfri tilstand, i kjernen av en nøytronstjerne.
Bildet over, utgitt i dag, viser røntgenbilder fra Chandra (rød, grønn og blå) og optiske data fra Hubble (gull) fra Cassiopeia A, restene av en massiv stjerne som eksploderte i en supernova. Bevisene for overflødig væske er funnet i den tette kjernen til stjernen som er etterlatt, en såkalt nøytronstjerne. Kunstnerens illustrasjon i innsatsen viser et utskjæring av det indre av nøytronstjernen, hvor tetthetene øker fra den oransje skorpen til den røde kjernen og til slutt til den indre røde ballen, regionen der overflaten er.
Superfluider som er skapt i laboratorier på jorden, har bemerkelsesverdige egenskaper, som evnen til å klatre oppover og unnslippe lufttette containere. Når de er laget av ladede partikler, er superfluider også superledere, og de lar elektrisk strøm flyte uten motstand. Slike materialer på jorden har utbredte teknologiske anvendelser som å produsere de superledende magneter som brukes til magnetisk resonansavbildning [MRI].
To uavhengige forskerteam har brukt Chandra-data for å vise at det indre av en nøytronstjerne inneholder overflødig og supraledende materiale, en konklusjon med viktige implikasjoner for å forstå atominteraksjoner i materie med de høyeste kjente tettheter. Teamene publiserer forskningen sin separat i tidsskriftene Månedlige merknader om Royal Astronomical Society Letters og Fysiske gjennomgangsbrev.
Cas A (RA 23t 23m 26,7s | desember + 58 ° 49 ′ 03,00) ligger omtrent 11 000 lysår unna. Stjernen eksploderte for rundt 330 år siden i jordens tidsramme. En sekvens av Chandra-observasjoner av nøytronstjernen viser at den nå kompakte gjenstanden har avkjølt seg med rundt 4 prosent over en tiårsperiode.
"Dette temperaturfallet, selv om det høres lite ut, var virkelig dramatisk og overraskende å se," sa Dany Page fra det nasjonale autonome universitetet i Mexico, leder for et av de to lagene. "Dette betyr at det skjer noe uvanlig i denne nøytronstjernen."
Neutronstjerner inneholder den tetteste kjente saken som er direkte observerbar; en teskje nøytronstjernemateriale veier seks milliarder tonn. Trykket i stjernens kjerne er så høyt at de fleste ladede partikler, elektroner og protoner smelter sammen - noe som resulterer i en stjerne som for det meste består av nøytroner.
De nye resultatene antyder sterkt at de resterende protonene i stjernens kjerne er i en overflødig tilstand og, fordi de har en ladning, også danner en superleder.
Begge lag viser at den raske avkjøling i Cas A er forklart av dannelsen av en nøytron overflødig i kjernen av nøytronstjernen i løpet av de siste 100 årene sett fra Jorden. Den raske avkjølingen forventes å fortsette i noen tiår, og da bør den avta.
"Det viser seg at Cas A kan være en gave fra universet fordi vi måtte fange en veldig ung nøytronstjerne på akkurat det rette tidspunktet," sa Page's medforfatter Madappa Prakash fra Ohio University. "Noen ganger kan en liten formue komme langt i vitenskapen."
Utbruddet av overflødighet i materialer på jorden skjer ved ekstremt lave temperaturer nær absolutt null, men i nøytronstjerner kan det forekomme ved temperaturer nær en milliard grader. Til nå var det en veldig stor usikkerhet i estimater av denne kritiske temperaturen. Denne nye forskningen begrenser den kritiske temperaturen til mellom en halv milliard til litt under en milliard grader.
Cas A vil tillate forskere å teste modeller av hvordan den sterke atomkraften, som binder subatomære partikler, oppfører seg i ultradense materie. Disse resultatene er også viktige for å forstå en rekke oppførsel i nøytronstjerner, inkludert "glitches", nøytronstjernens presesjon og pulsering, magnetarutbrudd og utviklingen av nøytronstjernemagnetiske felt.
Kilder: Pressemeldinger fra Royal Astronomical Society og Harvard. Se ytterligere multimedia på NASAs Chandra-side, og de to studiene i MNRAS og Phys. Pastorbrev.
