ΑΣΤΡΑ ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ

Aστρα νετρονίων μπορούν να ψύχονται με τη βοήθεια ενός υγρού σε κατάσταση υπερρευστότητας

Τα άστρα νετρονίων, τα δεύτερα πιο πυκνά αντικείμενα στο σύμπαν μετά τις μαύρες τρύπες, μπορεί να έχουν υγρό – και μάλιστα σε κατάσταση υπερρευσ", λέει οτότητας – στους πυρήνες τους. Αυτό συνάγεται μετά από παρατηρήσεις ενός νεκρού άστρου τυλιγμένο στα συντρίμμια ενός μακρινού σουπερνόβα. Δύο λοιπόν ξεχωριστές ομάδες επιστημόνων λένε ότι ότι η μόνη λογική εξήγηση για τις μεταβολές της θερμοκρασίας, ου παρατηρήθηκαν πρόσφατα στο νεώτερο γνωστό άστρο νετρονίων, μπορεί να οφείλεται σε μία κατάσταση της ύλης χωρίς τριβές, που ονομάζεται υπερρευστό.

"Αυτή είναι η πρώτη άμεση απόδειξη για υπερρευστότητα στους αστέρες νετρονίων Wynn Ho, ένας αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον και συγγραφέας ενός άρθρου στο Monthly Notices της Βασιλικής Εταιρείας. Η δεύτερη ομάδα δημοσιεύει τα αποτελέσματα της στο Physical Review Letters.

Αυτό το αστέρι νετρονίων – που βρίσκεται 11.000 έτη φωτός μακριά στον αστερισμό της Κασσιόπης – σχηματίστηκε όταν ένα πολύ μεγάλο αστέρι κατέρρευσε μέσα σε μια λαμπρή έκρηξη που ήταν ορατή και από τη Γη, περίπου, πριν από 300 χρόνια. Το Παρατηρητήριο Chandra των ακτίνων-Χ ήταν αυτό που επισήμανε αρχικά το αστέρι νετρονίων, που σχηματίστηκε μετά από μια σουπερνόβα έκρηξη, το 1999.

Το άστρο νετρονίων (εικονογράφηση, ένθετο) στο κέντρο των λειψάνων της σουπερνόβα Κασσιόπης Α, μπορεί να έχει έναν πυρήνα γεμάτο με ένα παράξενο υγρό χωρίς τριβές

Οι επόμενες μετρήσεις αποκάλυψαν ότι η επιφάνειά του με θερμοκρασίες 2 εκατομμυρίων βαθμών, είχε ψυχθεί κατά 4% κατά τη διάρκεια της δεκαετίας που πέρασε από την ανακάλυψή του. "Ήταν η πρώτη φορά που βρέθηκε ένα νέο αστέρι νετρονίων που παρουσίασε μια σαφή αλλαγή στην θερμοκρασία του”, λέει ο Craig Heinke, αστροφυσικός του Πανεπιστημίου της Αλμπέρτα στο Έντμοντον του Καναδά, και ο οποίος ανέφερε τις παρατηρήσεις πέρυσι στο Astrophysical Journal Letters.

Οι θεωρητικοί από καιρό πίστευαν ότι ένα νέο αστέρι νετρονίων θα πρέπει να ψύχεται τα πρώτα 100 χρόνια μετά τον σχηματισμό του. Τα νετρόνια μπορούν να διασπαστούν σε πρωτόνια και στα σχεδόν άμαζα νετρίνα που μεταφέρουν πολύ γρήγορα ενέργεια μακριά από το άστρο. Αλλά αυτή η διαδικασία δεν θα μπορούσε να ληφθεί υπόψη για την απότομη πτώση της θερμοκρασίας, όπως την είδε το Chandra εκατοντάδες χρόνια μετά από την έκρηξη σουπερνόβα της Κασσιόπης.

Όμως η κατάσταση της υπερρευστότητας μέσα στα άστρα νετρονίων, που είχε ήδη προταθεί από το 1959, προσφέρει στους φυσικούς μια εναλλακτική λύση για τη διαδικασία της ταχύτατης ψύξης. Υπερρευστά έχουν ήδη δημιουργηθεί στα εργαστήρια και μπορούν να κάνουν παράξενα πράγματα, όπως να ανέβουν στα τοιχώματα του δοχείου στο οποίο βρίσκονται ή να παραμένουν ακίνητα ακόμη και αν το δοχείο τους περιστρέφεται. Ένα παράδειγμα τέτοιου υγρού είναι το υπερρευστό ήλιο που διατηρεί τους υπεραγώγιμους μαγνήτες στον πιο ισχυρό επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο,  σε θερμοκρασίες μόλις 1,9 βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν.

Έτσι οι φυσικοί νομίζουν ότι τα υπερρευστά θα μπορούσαν, επίσης, να ψύξουν τα αστέρια, σύμφωνα με προσομοιώσεις που αναπτύχθηκαν ανεξάρτητα από τους αστροφυσικούς Dmitry Yakovlev στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο στην Αγία Πετρούπολη, και Dany Page στο Πανεπιστήμιο της Πόλης του Μεξικού. Οι Yakovlev και Page σύγκριναν αυτές τις προσομοιώσεις με τα δεδομένα του Chandra.

Και οι δύο ομάδες συμφωνούν ότι μετά από μια αρχική πτώση της θερμοκρασίας και την αργή σταδιακή ψύξη σε πολλούς αιώνες, το άστρο αυτό έφθασε σε μια κρίσιμη θερμοκρασία κάποια στιγμή γύρω από στο τέλος του 20ού αιώνα. Στα 500 ή ίσως και στα 700 με 900 εκατομμύρια βαθμούς, ανάλογα με ορισμένες παραδοχές, τα νετρόνια άρχισαν να ζευγαρώνουν και να διασπώνται απελευθερώνοντας μεγάλες ποσότητες νετρίνων που διαδίδονται χωρίς να αλληλεπιδρούν με την ύλη ελευθερώνοντας μεγάλες ποσότητες ενέργειας (αυτό το ζευγάρωμα στην ουσία ήταν η αιτία του σχηματισμού του υπερρευστού). Και καθώς όλο και περισσότερα νετρόνια βρέθηκαν σε αυτή την κατάσταση υπερρευστότητας, κατά τη διάρκεια των επόμενων δύο δεκαετιών, ξεκίνησε μέσα στο άστρο μια ταχεία πτώση της θερμοκρασίας – με τη βοήθεια ίσως κι ενός δεύτερου υπεραγώγιμου υπερρευστού από πρωτόνια.

Η νέα μελέτη που έχει δημιουργήσει μια ελέγξιμη πρόβλεψη θα κάνει τις δύο ομάδες να παρακολουθούν και να περιμένουν. “Το αστέρι θα πρέπει να ψύχεται με τον ίδιο ρυθμό για μερικές δεκαετίες ακόμα”, λέει ο Page.

Η επιβεβαίωση αυτής της υπερρευστότητας θα πρέπει να βοηθήσει τους επιστήμονες να καταλάβουν τη συμπεριφορά των νετρονίων τόσο στα μακρινά νεκρά άστρα όσο και στους πυρήνες των ατόμων εδώ στη Γη.

Ας σημειωθεί πως είναι πολύ δύσκολο να δημιουργηθεί υπερρευστό με νετρόνια σε κάποιον επιταχυντή σωματιδίων. Γιατί ναι μεν οι τελευταίοι μπορούν να πετύχουν μεγάλη συμπύκνωση της ύλης, αλλά οι θερμοκρασίες είναι πολύ υψηλότερες σε σχέση με αυτές στο εσωτερικό των αστέρων νετρονίων. Τα υπερρευστά που δημιουργούνται στα εργαστήρια συνήθως αποτελούνται από ήλιον σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες....
Από τήν ΠΥΛΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ