หอดูดาวเอ็กซ์เรย์จันทราของนาซ่าได้ค้นพบหลักฐานโดยตรงครั้งแรกของซุปเปอร์ฟลูอิดซึ่งเป็นสสารที่แปลกประหลาดและไร้แรงเสียดทานซึ่งเป็นแกนกลางของดาวนิวตรอน
ภาพด้านบนที่วางจำหน่ายวันนี้แสดงรังสีเอกซ์จากจันทรา (สีแดงสีเขียวและสีน้ำเงิน) และข้อมูลออปติคัลจากฮับเบิล (ทอง) ของ Cassiopeia A ซากของดาวมวลสูงที่ระเบิดในซูเปอร์โนวา หลักฐานของซุปเปอร์ฟลูอิดนั้นถูกค้นพบในแกนกลางหนาแน่นของดาวที่ถูกทิ้งไว้ข้างหลังซึ่งเรียกว่าดาวนิวตรอน ภาพประกอบของศิลปินในภาพประกอบแสดงการตัดออกของดาวนิวตรอนซึ่งความหนาแน่นเพิ่มขึ้นจากเปลือกสีส้มไปจนถึงแกนสีแดงและในที่สุดก็กลายเป็นลูกบอลสีแดงชั้นในซึ่งเป็นพื้นที่ที่มีซุปเปอร์ฟลูอิดอยู่
Superfluids ที่สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการบนโลกมีคุณสมบัติที่โดดเด่นเช่นความสามารถในการปีนขึ้นและหลบหนีภาชนะบรรจุภัณฑ เมื่อพวกเขาทำจากอนุภาคที่มีประจุซูเปอร์ฟลูอิดก็เป็นตัวนำยิ่งยวดและทำให้กระแสไฟฟ้าไหลได้โดยไม่มีความต้านทาน วัสดุดังกล่าวบนโลกมีการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีอย่างกว้างขวางเช่นการผลิตแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดที่ใช้สำหรับถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก [MRI]
ทีมวิจัยอิสระสองทีมได้ใช้ข้อมูลของจันทราเพื่อแสดงให้เห็นว่าการตกแต่งภายในของดาวนิวตรอนประกอบด้วยสสารที่มีความเป็น superfluid และตัวนำยิ่งยวดซึ่งเป็นข้อสรุปที่มีนัยสำคัญในการทำความเข้าใจปฏิกิริยานิวเคลียร์ในความหนาแน่นสูงสุดที่ทราบ ทีมตีพิมพ์งานวิจัยแยกต่างหากในวารสาร ประกาศรายเดือนของจดหมายสมาคมดาราศาสตร์แห่งชาติ และ จดหมายทบทวนทางกายภาพ.
Cas A (RA 23h 23m 26.7s | Dec + 58 ° 49 ′03.00) อยู่ห่างออกไป 11,000 ปีแสง ดาวของมันระเบิดประมาณ 330 ปีที่ผ่านมาในกรอบเวลาของโลก ลำดับการสังเกตการณ์ของจันทราของดาวนิวตรอนแสดงให้เห็นว่าวัตถุที่มีขนาดกะทัดรัดในขณะนี้เย็นลงประมาณ 4 เปอร์เซ็นต์ในระยะเวลาสิบปี
“ อุณหภูมิที่ลดลงนี้ถึงแม้ว่ามันจะดูเล็ก แต่ก็น่าทึ่งและน่าประหลาดใจมากที่ได้เห็น” Dany Page ของมหาวิทยาลัยอิสระแห่งชาติในเม็กซิโกหัวหน้าทีมหนึ่งในสองทีมกล่าว “ นี่หมายความว่ามีบางสิ่งผิดปกติเกิดขึ้นภายในดาวนิวตรอนนี้”
ดาวนิวตรอนมีสสารที่รู้จักหนาแน่นที่สุดซึ่งสามารถสังเกตได้โดยตรง วัสดุของดาวนิวตรอนหนึ่งช้อนชามีน้ำหนักหกพันล้านตัน ความดันในแกนกลางของดาวฤกษ์สูงมากจนอนุภาคประจุไฟฟ้าอิเล็กตรอนและโปรตอนส่วนใหญ่รวมตัวกันทำให้เกิดเป็นดาวฤกษ์ที่ประกอบด้วยนิวตรอนเป็นส่วนใหญ่
ผลลัพธ์ใหม่แนะนำอย่างยิ่งว่าโปรตอนที่เหลืออยู่ในแกนกลางของดาวอยู่ในสถานะ superfluid และเนื่องจากพวกมันมีประจุไฟฟ้าก็ก่อตัวเป็นตัวนำยิ่งยวด
ทั้งสองทีมแสดงให้เห็นว่าการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วใน Cas A นั้นถูกอธิบายโดยการก่อตัวของนิวตรอนซุปเปอร์ฟลูอิดในแกนกลางของดาวนิวตรอนภายในประมาณ 100 ปีที่ผ่านมาเท่าที่เห็นจากโลก การระบายความร้อนอย่างรวดเร็วคาดว่าจะดำเนินต่อไปอีกสองสามทศวรรษแล้วมันจะช้าลง
“ ปรากฎว่า Cas A อาจเป็นของขวัญจากจักรวาลเพราะเราจะต้องจับดาวนิวตรอนน้อยมากในเวลาที่เหมาะสม” Madappa Prakash ผู้ร่วมเขียนของ Page จากมหาวิทยาลัยโอไฮโอกล่าว “ บางครั้งโชคดีเล็ก ๆ น้อย ๆ สามารถไปได้ไกลในทางวิทยาศาสตร์”
การก่อตัวของ superfluidity ในวัสดุบนโลกเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำมากใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ แต่ในดาวนิวตรอนมันสามารถเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิใกล้หนึ่งพันล้านองศาเซลเซียส จนถึงขณะนี้มีความไม่แน่นอนที่มีขนาดใหญ่มากในการประมาณการของอุณหภูมิที่สำคัญนี้ การวิจัยใหม่นี้ จำกัด อุณหภูมิวิกฤตลงระหว่างครึ่งล้านถึงเพียงน้อยกว่าหนึ่งพันล้านองศา
Cas A จะช่วยให้นักวิจัยสามารถทดสอบแบบจำลองว่าแรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งซึ่งจับอนุภาคของอนุภาคขนาดเล็กนั้นทำงานอย่างไรในสสารที่มีขนาดเล็กมาก ผลลัพธ์เหล่านี้มีความสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจกับพฤติกรรมที่หลากหลายในดาวนิวตรอนซึ่งรวมถึง "ข้อบกพร่อง" การ precession และการเต้นของดาวนิวตรอน, การปะทุของดาวนิวตรอนและการวิวัฒนาการของสนามแม่เหล็กดาวนิวตรอน
แหล่งที่มา: ข่าวประชาสัมพันธ์จาก Royal Astronomical Society และ Harvard ดูมัลติมีเดียเพิ่มเติมได้ที่หน้าจันทราของนาซ่าและการศึกษาทั้งสองใน MNRAS และ สรวง ตัวอักษรรายได้.
