El Observatorio Chandra de la NASA de Rayos X ha descubierto la primera evidencia directa de un superfluido, un estado extraño, sin fricción de la materia, en el núcleo de una estrella de neutrones. Los superfluidos creados en los laboratorios de la Tierra presentan propiedades notables, tales como la capacidad de subir hacia arriba y escapar de envases herméticamente cerrados. El hallazgo tiene implicaciones importantes para la comprensión de las interacciones nucleares en cuestión en las mayores densidades conocidas.
Las estrellas de neutrones contienen la materia más densa sabe que es directamente observable. Una cucharadita del material de una estrella de neutrones pesa seis mil millones de toneladas. La presión en el núcleo de la estrella es tan alto que la mayoría de las partículas cargadas, los electrones y protones, se fusionan dando lugar a una estrella compuesta principalmente de partículas sin carga llamadas neutrones.
Dos equipos de investigación independientes estudiaron el remanente de la supernova Cassiopeia A, o A CAS por sus siglas, los restos de una estrella masiva a 11.000 años luz de distanciaque han aparecido al explotar hace unos 330 años atrás, como se observa desde la Tierra. Los datos de Chandra encontraron una rápida disminución de la temperatura de la estrella de neutrones ultradensa que quedó después de la supernova, demostrando que se había enfriado en alrededor de un cuatro por ciento durante un período de 10 años.
"Esta caída en la temperatura, aunque suene pequeña, era importante y sorprendente ver", dijo Dany Página de la Universidad Nacional Autónoma de México, líder de un equipo con un artículo publicado el 25 de febrero 2011 de la revista Física Review Letters . "Esto significa que algo extraño está sucediendo dentro de esta estrella de neutrones".
Los superfluidos que contienen partículas cargadas son superconductores, es decir, actúan como perfectos conductores eléctricos y no pierden energía. Los nuevos resultados sugieren que el resto de protones en el núcleo de la estrella se encuentran en un estado superfluido y, debido a que llevan una carga, también forman un superconductor.
"El enfriamiento rápido de una estrella de neutrones Un CAS, visto con Chandra, es la directa primera evidencia de que los núcleos de estas estrellas de neutrones son, de hecho, hecho del superfluido y material superconductor", dijo Peter Shternin del Instituto Ioffe en San Petersburgo, Rusia, líder de un equipo con un trabajo aceptado en la revista Monthly Notices de la Sociedad Astronómica Real .
Ambos equipos muestran que este rápido enfriamiento se explica por la formación de un superfluido de neutrones en el núcleo de la estrella de neutrones dentro de aproximadamente los últimos 100 años como se ve desde la Tierra. El enfriamiento rápido se espera que continúe durante algunas décadas y luego se debe reducir la velocidad.
"Resulta que Cas A puede ser un regalo del Universo, porque tendríamos que coger una estrella de neutrones muy joven justo en el momento correcto en el tiempo," dijo el co-autor de la página Madappa Prakash, de la Universidad de Ohio. "A veces un poco de suerte hacer avanzar la ciencia."
El inicio de la superfluidez en los materiales en la Tierra se produce a muy bajas temperaturas cercanas al cero absoluto, pero en las estrellas de neutrones pueden ocurrir en temperaturas cerca de mil millones de grados centígrados. Hasta ahora no se tenía constancia en las estimaciones de esta temperatura crítica. Esta nueva investigación limita la temperatura crítica entre la mitad de mil millones a poco menos de mil millones de grados.
Cas A permitirá a los investigadores probar modelos de cómo la fuerte fuerza nuclear fuerte, que une las partículas subatómicas, se comporta en la materia ultradensa. Estos resultados también son importantes para la comprensión de una gama amplia en el comportamiento de las estrellas de neutrones, incluidos los "problemas técnicos", precesión estrella de neutrones y las pulsaciones, magnetar y la evolución de los campos magnéticos de la estrella de neutrones.
Pequeños cambios bruscos en la velocidad de giro de rotación de las estrellas de neutrones, llamados fallos, ya han tenido evidencia en el superfluido en la corteza de una estrella de neutrones, donde las densidades son mucho menores que las observados en el núcleo de la estrella. Esta últimas noticias de Cas A revelan nueva información sobre la región interior ultradensa de la estrella de neutrones.
"Antes no teníamos ni idea de cómo la superconductividad ampliada de los protones se encontraba en una estrella de neutrones", dijo el co-autor Shternin Dmitry Yakovlev, también del Instituto Ioffe.
El enfriamiento de CAS, una estrella de neutrones que fue descubierta por primera vez por Craig co-autor Heinke, de la Universidad de Alberta, Canadá, y Wynn Ho de la Universidad de Southampton, Reino Unido, en 2010. Era la primera vez que los astrónomos han medido la velocidad de enfriamiento de una estrella joven de neutrones.