L'Osservatorio dei raggi X Chandra della NASA ha scoperto le prime prove dirette di un superfluido, uno stato bizzarro, privo di attrito, al centro di una stella di neutroni.
L'immagine qui sopra, pubblicata oggi, mostra i raggi X di Chandra (rosso, verde e blu) e i dati ottici di Hubble (oro) di Cassiopea A, i resti di una stella massiccia esplosa in una supernova. Le prove del superfluido sono state trovate nel nucleo denso della stella lasciata alle spalle, una cosiddetta stella di neutroni. L'illustrazione dell'artista nell'inserto mostra un ritaglio dell'interno della stella di neutroni, dove le densità aumentano dalla crosta arancione al nucleo rosso e infine alla sfera rossa interna, la regione in cui esiste il superfluido.
I superfluidi creati nei laboratori sulla Terra presentano notevoli proprietà, come la capacità di arrampicarsi verso l'alto e sfuggire ai contenitori ermetici. Quando sono fatti di particelle cariche, anche i superfluidi sono superconduttori e permettono alla corrente elettrica di fluire senza resistenza. Tali materiali sulla Terra hanno applicazioni tecnologiche diffuse come la produzione dei magneti superconduttori utilizzati per la risonanza magnetica [MRI].
Due team di ricerca indipendenti hanno utilizzato i dati di Chandra per dimostrare che l'interno di una stella di neutroni contiene materia superfluida e superconduttiva, una conclusione con importanti implicazioni per la comprensione delle interazioni nucleari nella materia alle densità più elevate conosciute. I team pubblicano le loro ricerche separatamente nelle riviste Avvisi mensili delle lettere della Royal Astronomical Society e Lettere di revisione fisica.
Cas A (RA 23h 23m 26.7s | Dec + 58 ° 49 ′ 03.00) si trova a circa 11.000 anni luce di distanza. La sua stella è esplosa circa 330 anni fa nel periodo di tempo della Terra. Una sequenza di osservazioni di Chandra sulla stella di neutroni mostra che l'oggetto ormai compatto si è raffreddato di circa il 4 percento in un periodo di dieci anni.
"Questo calo di temperatura, sebbene sembri piccolo, è stato davvero drammatico e sorprendente da vedere", ha affermato Dany Page dell'Università Nazionale Autonoma del Messico, leader di una delle due squadre. "Ciò significa che sta accadendo qualcosa di insolito all'interno di questa stella di neutroni."
Le stelle di neutroni contengono la sostanza nota più densa che è direttamente osservabile; un cucchiaino di materiale a stella di neutroni pesa sei miliardi di tonnellate. La pressione nel nucleo della stella è così alta che la maggior parte delle particelle cariche, elettroni e protoni, si fondono, risultando in una stella composta principalmente da neutroni.
I nuovi risultati suggeriscono fortemente che i restanti protoni nel nucleo della stella sono in uno stato superfluo e, poiché portano una carica, formano anche un superconduttore.
Entrambe le squadre mostrano che il rapido raffreddamento nel Cas A è spiegato dalla formazione di un superfluido di neutroni nel nucleo della stella di neutroni negli ultimi 100 anni, visto dalla Terra. Il rapido raffreddamento dovrebbe continuare per alcuni decenni e quindi dovrebbe rallentare.
"Si scopre che Cas A potrebbe essere un dono dell'Universo perché dovremmo catturare una stella di neutroni molto giovane al momento giusto", ha detto la coautrice di Page Madappa Prakash, dell'Università dell'Ohio. "A volte un po 'di fortuna può fare molto per la scienza."
L'inizio della superfluidità nei materiali sulla Terra avviene a temperature estremamente basse vicino allo zero assoluto, ma nelle stelle di neutroni, può verificarsi a temperature vicine a un miliardo di gradi Celsius. Fino ad ora c'era una grande incertezza nelle stime di questa temperatura critica. Questa nuova ricerca limita la temperatura critica tra mezzo miliardo e poco meno di un miliardo di gradi.
Cas A consentirà ai ricercatori di testare i modelli di come la forte forza nucleare, che lega le particelle subatomiche, si comporta nella materia ultra-densa. Questi risultati sono importanti anche per comprendere una serie di comportamenti nelle stelle di neutroni, tra cui "glitch", precessione e pulsazione della stella di neutroni, esplosioni di magnetar e evoluzione dei campi magnetici di stelle di neutroni.
Fonti: comunicati stampa della Royal Astronomical Society e di Harvard. Vedi altri contenuti multimediali nella pagina Chandra della NASA e i due studi in MNRAS e Phys. Rev. Letters.
