O Observatório de Raios-X Chandra da NASA descobriu a primeira evidência direta de um estado superfluido, bizarro e sem atritos da matéria, no centro de uma estrela de nêutrons.
A imagem acima, divulgada hoje, mostra raios-X do Chandra (vermelho, verde e azul) e dados ópticos do Hubble (ouro) da Cassiopeia A, os restos de uma estrela massiva que explodiu em uma supernova. A evidência do superfluido foi encontrada no denso núcleo da estrela deixada para trás, a chamada estrela de nêutrons. A ilustração do artista no interior mostra um recorte do interior da estrela de nêutrons, onde as densidades aumentam da crosta laranja para o núcleo vermelho e, finalmente, para a bola vermelha interna, a região onde o superfluido existe.
Os superfluidos criados em laboratórios na Terra exibem propriedades notáveis, como a capacidade de subir e escapar de recipientes herméticos. Quando eles são feitos de partículas carregadas, os superfluidos também são supercondutores e permitem que a corrente elétrica flua sem resistência. Tais materiais na Terra têm amplas aplicações tecnológicas, como a produção de ímãs supercondutores usados para ressonância magnética [MRI].
Duas equipes de pesquisa independentes usaram dados de Chandra para mostrar que o interior de uma estrela de nêutrons contém matéria superfluida e supercondutora, uma conclusão com implicações importantes para a compreensão das interações nucleares na matéria nas densidades mais altas conhecidas. As equipes publicam suas pesquisas separadamente nos periódicos Avisos mensais das cartas da Royal Astronomical Society e Cartas de Revisão Física.
O Cas A (RA 23h 23m 26.7s | dez + 58 ° 49 ′ 03.00) fica a cerca de 11.000 anos-luz de distância. Sua estrela explodiu há cerca de 330 anos no período da Terra. Uma sequência de observações Chandra da estrela de nêutrons mostra que o objeto agora compacto esfriou cerca de 4% em dez anos.
"Essa queda de temperatura, embora pareça pequena, foi realmente dramática e surpreendente de se ver", disse Dany Page, da Universidade Nacional Autônoma do México, líder de uma das duas equipes. "Isso significa que algo incomum está acontecendo dentro dessa estrela de nêutrons."
Estrelas de nêutrons contêm a matéria mais densa conhecida que é diretamente observável; uma colher de chá de material estrela de nêutrons pesa seis bilhões de toneladas. A pressão no núcleo da estrela é tão alta que a maioria das partículas carregadas, elétrons e prótons se fundem - resultando em uma estrela composta principalmente de nêutrons.
Os novos resultados sugerem fortemente que os prótons restantes no núcleo da estrela estão em um estado superfluido e, por carregar uma carga, também formam um supercondutor.
Ambas as equipes mostram que o resfriamento rápido em Cas A é explicado pela formação de um superfluido de nêutrons no núcleo da estrela de nêutrons nos últimos 100 anos, visto da Terra. Espera-se que o resfriamento rápido continue por algumas décadas e depois diminua a velocidade.
"Acontece que Cas A pode ser um presente do Universo, porque teríamos que pegar uma estrela de nêutrons muito jovem no momento certo", disse Madappa Prakash, co-autora de Page, da Universidade de Ohio. "Às vezes, um pouco de boa sorte pode percorrer um longo caminho na ciência."
O início da superfluidez dos materiais na Terra ocorre a temperaturas extremamente baixas, próximas ao zero absoluto, mas nas estrelas de nêutrons, pode ocorrer a temperaturas próximas a um bilhão de graus Celsius. Até agora, havia uma incerteza muito grande nas estimativas dessa temperatura crítica. Esta nova pesquisa restringe a temperatura crítica entre meio bilhão e pouco menos de um bilhão de graus.
O Cas A permitirá que os pesquisadores testem modelos de como a forte força nuclear, que liga partículas subatômicas, se comporta na matéria ultradensa. Esses resultados também são importantes para a compreensão de uma gama de comportamentos em estrelas de nêutrons, incluindo "falhas", precessão e pulsação de estrelas de nêutrons, explosões magnetares e a evolução dos campos magnéticos das estrelas de nêutrons.
Fontes: Comunicados de imprensa da Royal Astronomical Society e Harvard. Veja multimídia adicional na página Chandra da NASA e os dois estudos em MNRAS e Phys. Rev. Letters.
