Рентгеновский орбитальный телескоп Chandra обнаружил в недрах нейтронной звезды Кассиопея А, возникшей около 330 лет назад после взрыва сверхновой, сверхтекучую и сверхпроводящую жидкость.
Нейтронная звезда возникает после взрыва сверхновой. Ее размер не превышает размеров небольшого города, однако вещество по плотности в 10-15 раз выше плотности атомного ядра – «щепотка» вещества нейтронной звезды весит более 500 млн. тонн. Гравитация «вдавливает» электроны в протоны, превращая их в нейтроны, почему нейтронные звезды и получили такое название.
Физики-теоретики разработали детальные модели поведения материи при такой высокой плотности, которые, в частности, допускают возможность существования сверхтекучей жидкости. Такая жидкость создавалась в лабораториях на Земле. Она способна, например, течь вверх и утекать из герметично закрытых контейнеров.
Сверхтекучая жидкость из заряженных частиц является также сверхпроводником, то есть способна проводить электрический ток без потерь.
Наблюдения с помощью Chandra показали, что температура Кассиопеи А быстро снижается - примерно на 4% за 10 лет.
«Быстрое охлаждение Кассиопеи А, обнаруженное Chandra, - первое прямое свидетельство того, что ядро таких нейтронных звезд состоит на самом деле из сверхтекучего и сверхпроводящего материала», - говорит руководитель одного из исследований Петр Штернин, научный сотрудник петербургского Физико-технического института имени Иоффе РАН.
Ученые показали, что такое быстрое охлаждение объясняется формированием сверхтекучей нейтронной жидкости в ядре нейтронной звезды. Теория предсказывает, что нейтронная звезда должна пройти через период охлаждения до сверхтекучего состояния по мере того, как в звезде формируются нейтрино (неуловимые элементарные частицы, могут не задерживаясь пролететь сквозь всю планету) и покидают звезду, унося энергию. Быстрое охлаждение, как ожидается, продлится несколько десятилетий, а затем начнет замедляться.
Сверхтекучую жидкость в земных лабораториях получают путем охлаждения гелия до температур, близких к абсолютному нулю. Однако в нейтронных звездах она возникает при температурах около миллиарда градусов, поскольку частицы в этом случае влияют друг на друга с помощью сильного ядерного взаимодействия - силы, которая удерживает кварки внутри частиц, а протоны и нейтроны внутри атомного ядра. До сих пор ученым не было известно значение этой критической температуры, но теперь им удалось определить диапазон ее возможных значений - от полумиллиарда до миллиарда градусов Цельсия.
Темп охлаждения свидетельствует, что немногие протоны, оставшиеся внутри нейтронной звезды заставляют материю внутри нее быстрее переходить в сверхпроводящее состояние. Поскольку протоны имеют заряд, они делают недра нейтронной сверхпроводящими.
В земных лабораториях сверхпроводимость исчезает при температурах выше 100-200 градусов Цельсия ниже нуля. Однако при сверхвысоких давлениях внутри нейтронной звезды сверхпроводимость сохраняется при миллиарде градусов, сообщает РИА-Новости.
Нейтронная звезда возникает после взрыва сверхновой. Ее размер не превышает размеров небольшого города, однако вещество по плотности в 10-15 раз выше плотности атомного ядра – «щепотка» вещества нейтронной звезды весит более 500 млн. тонн. Гравитация «вдавливает» электроны в протоны, превращая их в нейтроны, почему нейтронные звезды и получили такое название.
Физики-теоретики разработали детальные модели поведения материи при такой высокой плотности, которые, в частности, допускают возможность существования сверхтекучей жидкости. Такая жидкость создавалась в лабораториях на Земле. Она способна, например, течь вверх и утекать из герметично закрытых контейнеров.
Сверхтекучая жидкость из заряженных частиц является также сверхпроводником, то есть способна проводить электрический ток без потерь.
Наблюдения с помощью Chandra показали, что температура Кассиопеи А быстро снижается - примерно на 4% за 10 лет.
«Быстрое охлаждение Кассиопеи А, обнаруженное Chandra, - первое прямое свидетельство того, что ядро таких нейтронных звезд состоит на самом деле из сверхтекучего и сверхпроводящего материала», - говорит руководитель одного из исследований Петр Штернин, научный сотрудник петербургского Физико-технического института имени Иоффе РАН.
Ученые показали, что такое быстрое охлаждение объясняется формированием сверхтекучей нейтронной жидкости в ядре нейтронной звезды. Теория предсказывает, что нейтронная звезда должна пройти через период охлаждения до сверхтекучего состояния по мере того, как в звезде формируются нейтрино (неуловимые элементарные частицы, могут не задерживаясь пролететь сквозь всю планету) и покидают звезду, унося энергию. Быстрое охлаждение, как ожидается, продлится несколько десятилетий, а затем начнет замедляться.
Сверхтекучую жидкость в земных лабораториях получают путем охлаждения гелия до температур, близких к абсолютному нулю. Однако в нейтронных звездах она возникает при температурах около миллиарда градусов, поскольку частицы в этом случае влияют друг на друга с помощью сильного ядерного взаимодействия - силы, которая удерживает кварки внутри частиц, а протоны и нейтроны внутри атомного ядра. До сих пор ученым не было известно значение этой критической температуры, но теперь им удалось определить диапазон ее возможных значений - от полумиллиарда до миллиарда градусов Цельсия.
Темп охлаждения свидетельствует, что немногие протоны, оставшиеся внутри нейтронной звезды заставляют материю внутри нее быстрее переходить в сверхпроводящее состояние. Поскольку протоны имеют заряд, они делают недра нейтронной сверхпроводящими.
В земных лабораториях сверхпроводимость исчезает при температурах выше 100-200 градусов Цельсия ниже нуля. Однако при сверхвысоких давлениях внутри нейтронной звезды сверхпроводимость сохраняется при миллиарде градусов, сообщает РИА-Новости.
0 коммент.:
Отправить комментарий