Hlađenje neutronske zvezde

kliknite na ilustraciju

Prema najnovijim istraživanjima, neutronska zvezda (ilustracija u uglu) u centru ostataka supernove u Kasiopeji A verovatno ima jezgro ispunjeno neobičnom tečnošću u kojoj nema frikcije. X-ray: NASA/CXC/Southampton/W. Ho et al/Nature 2009; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

Neutronske zvezde, posle crnih rupa (i irskog crnog piva), drugi po redu objekti sa najvećom gustinom u Vasioni, verovatno imaju "supertečna" jezgra, prema onom što nagoveštava mrtva zvezda obavijena ostacima udaljene supernove. Dva tima naučnika izjavljuju da materija u tečnom stanju nultne viskoznosti može biti jedino razumno objašnjenje za nedavno uočenu naglu promenu u temperaturi u najmlađoj poznatoj neutronskoj zvezdi.

"Ovo je prvi direktan dokaz o prisustvu superfluida u neutronskim zvezdama", izjavio je Wyynn Ho, astrofizičar sa Univerziteta Southampton u Engleskoj i koautor izveštaja koji će se pojaviti u Mesečniku kraljevskog astronomskog društva (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) u kojem će biti opisano njihov rad. Rezultati istraživanja drugog tima pojaviće se u narednom broju Časopisa za fiziku (Physical Review Letters).

Radi se o neutronskoj zvezdi u sazvežđu Kasiopeja, udaljenoj 11 000 svetlosnih godina koja je nastala nakon što se urušila veća zvezda u briljantnoj eksploziji koja se mogla videti sa Zemlje pre 300 godina. Čandra opservatorija X-zraka (Chandra X-Ray Observatory) prvi put je uočila ovu neutronsku zvezdu 1999.

Najnovija merenja otkrivaju da se njena dva-miliona-stepeni površina ohladila za 4 stepena u deceniji nakon otkrića. "Ovo je prvi put da je neko pronašao mladu neutronsku zvezdu u kojoj je jasno došlo do promene temperature", kaže Craig Heinke, astrofizičar na Univerzitetu Alberta u Edmontonu, Kanada, odakle su izvestili o svojim posmatranjima prošle godine u Astrofizičkom žurnalu (Astrophysical Journal Letters).

Teoretičari već dugo spekulišu da se mlade neutronske zvezde hlade u prvih 100 godina nakon nastanka. Neutroni se raspadaju u protone, odašiljući neutrino čestice gotovo bez mase koje dalje raznose energiju sa zvezde. Ali ovim Urca procesom proždiranja energije (nazvanog po rasipanju novca u kazinu u Brazilu)* ne može da se objasni nagli pad temperature, sto godina nakon Kasiopejine supernove, viđen sa Čandre.

Superfluidi u jezgru neutronskih zvezda, o kojima se spekuliše još od 1959., nude alternativu Urca procesu. U laboratorijama, hlađenjem tečnosti do ultraniskih temperatura, možemo da dobijemo superfluide od kojih vam pamet staje, "penju se" uz zid ili cure kroz čvrsto staklo kontejnera. I odlični su rashlađivači: superfluid helijuma rashlađen do samo 1.9 stepeni iznad apsolutne nule održava superprovodne magnete u najsnažnijem razbijaču čestica u svetu.

Prema kompjuterskim simulacijama koje su razvili nezavisno jedan od drugog dvojica astrofizičara, vrlo je moguće da superfluiudi "rashlađuju" i zvezde. Dmitry Yakovlev sa Ioffe Physical-Technical Institute iz St. Petersburga, Rusija, i Dany Page sa National Autonomous University of Mexico, Mexico City uporedili su rezultate dobijene na simulacijama sa podacima sa Čandre. "Ove dve grupe imaju najbolje proračune za neutronske zvezde koje se hlade ", kaže astrofizičar Oleg Gnedin sa Univerziteta Mičigen u Ann Arbour, koji inače nije učestvovao u istraživanju.

Obe grupe se slažu da je zvezda nakon početnog pada temperature i vekovima laganog, postepenog hlađenja dostigla kritičnu temperaturu negde početkom 20-tog veka. Na 500 miliona ili možda 700 do 900 miliona stepeni, u zavisnosti od nekih pretpostavki, neutroni su počeli da se uparuju i dele kao tinejdžeri na školskoj igranci, oslobađajući velike talase neutrino čestica. Ako više neutrona uđe u ovo superfluidno stanje u toku narednih nekoliko decenija, ubrzaće se dalji pad temperature, potpomognut možda superproovodnim superfluidom od protona.

Novi rezultati posmatranja su inspirisali i nova predviđanja i to podložna testiranju. Naučnici iz ove dve grupe posmatraju i čekaju. "Zvezda bi trebalo da nastavi da se hladi po istoj stopi narednih nekoliko decenija", kaže Page. Ako se potvrdi teza o superfluidnosti to će im pomoći da bolje razumeju ponašanje neutrina kako u udaljenim mrtvim zvezdama tako i jezgrima atoma ovde na Zemlji.

^*U astrofizici čestica, 'Urca proces' je ciklus nuklearnih reakcija u kojima neutrino i antineutrino čestice oduzimaju energiju jezgru. Smatra se da su uzrok hlađenja neutronskih zvezda i belih patuljaka. O ovome su prvi raspravljali George Gamow i Mario Schoenberg dok su bili u poseti Casino-da-Urca u Rio de Ženeiru. Priča se da je Schoenberg rekao Gamowu kako mu "novac nestaje kao energija jezgru supernove". (Prim. prev.)

ScienceNews, web edition, 4. februar, 2011.

Prevela T. Petrović