نجم نيوتروني: سائل غريب في النواة

أول دليل على وجود المادة الزائدة في نواة النجم النيوتروني

Neutron Star in Cassiopeia A © X-ray: NASA / CXC / xx؛ بصري: ناسا / STScI ؛ التوضيح: ناسا / CXC / M.White
قراءة بصوت عال

المسألة في نواة النجوم النيوترونية ليست صلبة ولا غازية ، ولكنها تفترض حالة غريبة للغاية: فهي تشكل سائل فائق السوائل ، سائل دون أي احتكاك داخلي. أنتج الباحثون على الأرض فقط عند درجات حرارة قريبة من الصفر ، وقد أثبتوا هذه الحالة لأول مرة بأقل بقليل من مليار درجة مئوية وضغط شديد في نواة نجم نيوتروني. يعطي الاكتشاف ، الذي نشر في مجلتين ، رؤى جديدة في العمليات دون الذرية.

داخل النجوم النيوترونية ، يتم تعبئة المادة بإحكام بحيث يصل وزن ملعقة الشاي إلى ستة مليارات طن. الضغط داخل هذه الآثار الناتجة عن انفجارات المستعرات الأعظمية مرتفع للغاية لدرجة أن الجزيئات المشحونة مثل الإلكترونات والبروتونات تندمج في النيوترونات. ولكن الآن اكتشف فريقان بحثيان نجمًا نيوترونيًا له خاصية أخرى غير عادية جدًا.

تبريد سريع بشكل غير عادي

في دراساتهم ، درس علماء الفلك نجمًا نيوترونيًا في بقايا المستعرات الأعظمية Cassiopeia A ، التي تقع على بعد حوالي 11000 سنة ضوئية من الأرض ، وقد تم إنشاؤها بواسطة انفجار نجم هائل يجب أن يكون إشعاعه قد وصل إلى الأرض منذ حوالي 330 عامًا. في العام الماضي ، اكتشف كريج هينك من جامعة ألبرتا ووين هو من جامعة ساوثهامبتون أن هذا النجم النيوتروني يبرد. الآن ، لأول مرة ، كان من الممكن تحديد سرعة هذا التبريد بشكل أكثر دقة.

وكانت النتيجة مفاجئة: أظهرت بيانات من مرصد الأشعة السينية تشاندرا أن النجم النيوتروني قد برد بنسبة أربعة في المئة في عشر سنوات فقط. "هذا الانخفاض في درجة الحرارة قد يبدو صغيراً ، لكنه مثير حقًا ومثير للدهشة" ، يوضح داني بيج من جامعة المكسيك الوطنية المستقلة. "لأنه يعني حدوث شيء غير عادي مع هذا النجم النيوتروني."

السائل الزائد في القلب

وفقًا للباحثين ، لا يمكن تفسير معدل التبريد هذا إلا من خلال حقيقة أن الأمر في حالة خاصة داخل النجم النيوتروني - كمائع سائل فائق. من المختبر ، لا تُعرف ظاهرة التسمم الفائق هذه إلا ببعض نظائر الهيليوم القريبة من الصفر المطلق. يفقد السائل أي احتكاك داخلي ، ويمكن أن يتدفق لأعلى ، بل ويترك حاويات محكمة الغلق. تعتبر السوائل الفائقة الناتجة عن الجزيئات المشحونة أيضًا من الموصلات الفائقة المثالية. عرض

تشير نتائج القياس الجديدة الآن إلى وجود سائل من الجزيئات المشحونة في قلب النجم النيوتروني. "إن التبريد السريع في النجم النيوتروني لكاسيوبيا أ هو أول دليل مباشر على أن نواة هذه النجوم النيوترونية تتكون فعليًا من مادة فائقة السوائل وموصلات فائقة التوصيل" ، يوضح بيتر شترنن من معهد Ioffe في سانت بطرسبرغ.

Superfluidite في ما يقرب من مليار درجة

على الرغم من الحاجة إلى درجات حرارة شديدة البرودة على الأرض لإنشاء هذه الحالة ، فإن الضغط الشديد داخل نجم النيوترون يضمن أن تصل مادة الفائق الفائق إلى حوالي مليار درجة مئوية حتى في درجات الحرارة القصوى يحدث. ومع ذلك ، لم يتضح حتى الآن بالضبط أين تقع حدود درجة الحرارة الحرجة لهذه الظاهرة. النتائج الجديدة تضيق النطاق إلى حوالي نصف مليار إلى مليار درجة تقريبا.

لقد تبين أن Cas A هي هبة من السماء في هذا الصدد. يشرح مادابا براكاش من جامعة أوهايو لأنه كان علينا أن نلعب نجمًا نيوترونيًا صغيرًا في الوقت المناسب تمامًا. "يشارك أحيانًا الحظ أيضًا في العلوم." بينما تشير القفزات المفاجئة الصغيرة في سرعة الدوران لنجوم النيوترون إلى أن المادة الزائدة في السوائل قد تحدث في قشرة النجوم. لأول مرة ، أثبتت هذه الحالة الغريبة النواة الساخنة الكثيفة للغاية.

يسمح النجم النيوتروني في Cassiopeia A الآن للباحثين باختبار النماذج التي تحاكي سلوك النووي القوي في ظل ظروف شديدة الكثافة. في الوقت نفسه ، يمكن أن تساعد النتائج الجديدة أيضًا في شرح بعض الخصائص غير العادية لنجوم النيوترون ، مثل الانهيارات المغناطيسية أو النبضات المتكررة. (الإشعارات الشهرية للجمعية الملكية الفلكية ، 2011 ، DOI: 10.1111 / j.1365-2966.2010.17827.x ورسائل المراجعة البدنية ، 2011 ؛ DOI: 10.1103 / PhysRevLett.106.081101)

(مركز تشاندرا للأشعة السينية ، 28.02.2011 - NPO)