Свръхпроводима течност откри Chandra в неутронна звезда

Рентгеновият орбитален телескоп Chandra откри в недрата на неутронната звезда Касиопея А, възникнала преди около 330 г. след взрив на свръхнова, свръхтечна и свръхпроводима маса, се казва в статии, публикувани едновременно от две групи изследователи в сп. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters и Physical Review Letters.

Неутронна звезда се образува след взрив на свръхнова. Нейният размер не надвишава размера на неголям град, но веществото по плътност е 10-15 пъти повече от плътността на атомното ядро – "лъжичка" вещество от неутронна звезда тежи над 500 млн. тона. Гравитацията "сбива" електроните в протоните, превръщайки ги в неутрони, затова и неутронните звезди са получили това наименование.

Физиците теоретици са разработили детайлни модели на поведението на материята при такава висока плътност, които допускат възможност за съществуването на свръхтечно вещество. Те създали подобно вещество в лаборатория на Земята. Тя е способно например да тече нагоре и да изтича от херметично затворени контейнери.

Свръхтечната маса от заредени частици също е и свръхпроводима, тоест способна е да провежда електрически ток без загуба, пише РИА Новости. Наблюдения с Chandra показват, че температурата на Касиопея А бързо спада – около 4% за 10 години.

"Бързото охлаждане на Касиопея А, открито от Chandra, е първото свидетелство за това, че ядрото на такива неутронни звезди се състои от свръхтечен и свръхпроводим материал", казва Пьотър Щернин, научен сътрудник в петербургския Физико-технически институт "Йофе" към РАН.

Двете групи показали, че бързото охлаждане се обяснява с формирането на свръхтечна неутронна маса в ядрото на неутронната звезда. Теорията предсказва, че неутронната звезда трябва да премине през период на охлаждане до свръхтечно състояние според това как в нея се формира неутриното (неуловими елементарни частици, които могат да прелетят без забавяне през цялата планета) и да напуснат звездата, отнасяйки енергията със себе си. Бързото охлаждане, както се очаква, продължава няколко десетилетия, а след това започва да се забавя.

Свръхтечната маса в земните лаборатории се получава по пътя на охлаждане на хелия до температура, близка до абсолютната нула. Но в неутронните звезди тя възниква при температура около милиард градуса, тъй като частиците в този случаи влияят една на друга с помощта на силно ядрено взаимодействие – сила, която удържа кварките в частиците, а протоните и неутроните – в атомното ядро. Досега на учените не беше известно значението на тази критична температура, но вече са успели да определят диапазона на възможните й значения – от половин до един милиард градуса по Целзий.

"Това прави Касиопея А истински подарък, тъй като ние успяхме да фиксираме много млада неутронна звезда в точния момент", казва Мадапа Пакраш от Университета в Охайо.

Темповете на охлаждане свидетелстват, че малкото протони, оставащи вътре в неутронната звезда, карат материята в нея бързо да преминава в свръхпроводимо състояние. Доколкото протоните имат заряд, те правят недрата на неутронната звезда свръхпроводими.

Свръхпроводимостта изчезва в земните лаборатории при температури над 100-200 градуса по Целзий. Но при свръхвисоко налягане в неутронната звезда свръхпроводимостта се запазва при милиарди градуси.