科學家在爆炸恆星中發現超流體的存在證據

2020-11-22 中國網

據美國太空網站報導,日前,科學家一項最新研究表明,一顆爆炸恆星的超密集內核包含著叫做「超流體(superfluid)」的奇特超導體物質。

兩支研究小組使用美國宇航局錢德拉X射線望遠鏡探測發現仙后座A(Cassiopeia A)出現溫度驟降,仙后座A是一顆超大質量恆星以超新星爆炸結束生命的殘留物形成的中子星。研究人員稱,目前觀測到溫度驟然下降是證實仙后座A中子星內核存在奇特狀態物質的有力證據。

俄羅斯聖彼德堡市約飛(Ioffe)物理實驗室的彼特-施特尼(Peter Shternin)是該研究小組負責人之一,他在一份聲明中稱,通過錢德拉望遠鏡可觀測到仙后座A中子星的溫度驟降,這是首次證實中子星內核存在奇特狀態物質的有力證據。事實上,其內核是由超流體和超導體物質構成的。

超流體和超導體物質是由帶電微粒構成,它們可使電流無阻力流動。

一顆中子星出現異常冷卻

仙后座A是330年前一顆巨大恆星爆炸的殘留體,這顆中子星距離地球11000光年,位於仙后座星系。研究人員在這項最新研究中發現過去10年內該中子星溫度降低4%。

墨西哥國家自治大學的達尼-帕格(Dany Page)是另一項研究小組負責人,他說:「降低的溫度雖然幅度較小,但卻具有顯著的意義。這意味著中子星中發生了不同尋常的變化。」中子星是宇宙中已知最密集的天體,一茶匙的質量相當於60億噸。

研究人員稱,該中子星內核的壓力非常大,多數電子與質子相結合,產生出中子。物理學家形成了詳細的計算機模型從而預測出宇宙物質在這樣高的密度下的表現,其中包括超流體可能形成的反應。

超流態是一種無摩擦狀態,在地球實驗室內建立形成的超流體具有與眾不同的性質。例如:超流體具有向上攀升的特點,它能夠從密封容器中洩漏。

死亡恆星內核的超流體

這兩項最新研究顯示仙后座A快速冷卻是由於該中子星內核超流體物質的形成,這些超流體是在最近100年內形成的。施特尼的最新研究發表在《皇家天文學社會學報月報》期刊上。

研究人員稱,仙后座A的溫度驟降與該理論相符,從而預測一顆中子星在過渡至超流體狀態時經歷著明顯的溫度降低。在溫度驟降時期,超流體接近零質量,叫做中微子的微弱交互微粒大量形成,並攜帶能量逃逸。預計仙后座A溫度降低逐漸趨緩之前未來幾十年內將持續下降。

在地球上,超流態的相關特徵僅出現於極端低溫狀態下,接近絕對零度(零下273攝氏度)。但是中子星的溫度卻可達到近10億華氏度,這是由於微粒通過強大的核作用力發生交互作用,這種作用力結合夸克可產生質子和中子,質子和中子結合在一起可形成原子核。

研究人員稱,到目前為止,這一關鍵性溫度變化顯示存在著較大的不確定性,仙后座A的溫度下降至5億-10億攝氏度。美國俄亥俄州大學的馬達帕-普拉卡什(Madappa Prakash)是帕奇研究小組的成員,他說:「仙后座A是來自宇宙的一件禮物,我們僅是及時地在正確的太空區域發現到一顆非常年輕的中子星。」

揭示中子星之謎

研究人員稱,這項最新研究表明仙后座A超新星殘骸可作為研究原子等級超密集物質特性的最佳測試平臺。同時,這項研究結果對於理解中子星的多樣性具有重要意義,其中包括:震動、磁星噴發以及強大中子星磁場進化。此外,這項最新研究還幫助科學家更好地理解高磁化、旋轉中子星(脈衝星)微弱和突然性的變化。

之前科學家研究過一種叫做「自轉突快(glitches)」的脈衝星變化,發現中子星地殼存在著超流體中子,其密度低於內核。研究人員稱,這項仙后座A的最新研究首次直接證實超流體中子和質子存在於中子星內核。

相關焦點

  • 科學家發現了宇宙誕生以來的第一代恆星存在的證據
    天文學家使用ESO的超大望遠鏡發現了迄今為止在早期宇宙中最明亮的星系,並發現了強有力的證據,表明第一代恆星的例子潛伏在其中。這些巨大的、輝煌的、以前純理論的物體是歷史上第一個重元素的創造者——這些元素是我們今天圍繞在我們周圍的恆星、圍繞著它們的行星以及我們所知道的生命所必需的。新發現的「CR7」星系比目前已知的最明亮的遙遠星系要亮3倍。
  • 科學家發現夸克星存在重要證據
    新華社記者28日從南京大學獲悉,該校天文與空間科學學院研究團隊通過分析最近發生的一次史上最劇烈的超新星爆發,發現了夸克星存在的重要證據
  • 物理學家發現250萬年前地球附近超新星爆炸的證據
    慕尼黑工業大學(TUM)的物理學家發現了一顆超新星爆炸的證據,這顆超新星大約在250萬年前在地球附近(宇宙尺度)爆炸。超新星通常發生在質量超過我們太陽十倍的恆星生命末期。巨大的爆炸會產生錳等重元素。由TUM物理學家領導的一個研究小組已經證實,在250萬年左右的地球錳殼層中同時存在鐵-60和錳-53。研究人員表示,錳-53的濃度增加是明確證據,證明超新星確實發生過。
  • 夸克星存在重要證據發現
    ,該校天文與空間科學學院研究團隊通過分析最近發生的一次史上最劇烈的超新星爆發,發現了夸克星存在的重要證據。超新星是大質量恆星在死亡階段發生的一類劇烈爆發現象,其爆發過程中釋放的光學輻射,常常能夠照亮其所在的整個星系。這種巨大的能量一般認為來自大量放射性元素的衰變。但這一解釋並不適用於最近發現的這顆最強超新星,因為在發現後的僅四個月內,ASASSN-15lh輻射的總能量相當於太陽以現在的強度照耀900億年,如此高能量所要求的放射性元素質量,已經超過整個恆星所具有的總質量。
  • 恆星曾在地球附近爆炸
    它一層一層地生長,直到幾年前被取發現,並在慕尼黑工業大學的邁爾-萊布尼茨實驗室進行了分析。在大約250萬年前的地層中,研究人員發現鐵-60和錳-53水平升高。它們的出現是250萬年前一顆近地超新星的證據。幾個月前,當參宿四恆星的亮度急劇下降時,一些觀察家懷疑即將到來的超新星-一次也可能對地球造成破壞的恆星爆炸。
  • 你知道超流體嗎?超流體費米子的量子效應!
    在超級計算機Piz Daint的幫助下,他們的目標是創建這些超流體費米子系統及其動力學的高度精確描述。換句話說,它們將描述渦旋如何在這種「原子云」中形成和衰減,其研究結果發表在《物理評論快報》上。在超流體費米氣體中,單個費米子和相關費米子同時存在。從自旋相反的粒子之間的相互關係中,材料的超導性能出現了。
  • 超流體的發現
    儘管液態氦早就出現奇特的現象,但是科學家還是在將氦液化過後的30 年才發現它的超流體性。圖1  超流體液氦噴泉1908 年, Heike Kamerlingh Onnes 首度在荷蘭的Leiden 大學將氦液化,之後很快地就發現了液態氦奇特行為的跡象。
  • 科學家發現比宇宙更古老的恆星,宇宙形成之前有另一個宇宙存在?
    根據宇宙大爆炸的理論,宇宙是由一個緻密熾熱的奇點於137億年前一次爆炸後膨脹形成的。
  • 外星人存在的重要證據 科學家發現11光年外的神秘外星信號(圖文)
    外星人是否存在?不能斷定宇宙中只有地球存在生命,所以科學家一直在尋找外太空存在生命的證據。最近科學家宣布,他們發現了一段來自11光年外的神秘外星信號,這可能是外星人存在的重要證據。其實在之前,地球也曾接收到wow信號。那麼外星人真的存在嗎?
  • 科學家發現可疑證據,它們可能在竊取恆星能量
    被認為是外星文明存在的證據。一顆編號為「KIC 8462852」的恆星引起了眾多科學家和天文愛好者的注意,這顆恆星周圍沒有行星存在,只有一顆恆星孤獨地漂浮在宇宙中,同時這顆恆星的亮度變化很誇張,經常會發生周期性的亮度驟然降低,最嚴重的一次直接降低了22%。
  • 中子星可能在巨大的恆星爆炸中隱藏為「斑點」
    1987年,科學家目睹了夜空中有史以來最明亮的爆炸,此後一直在搜尋該區域以尋找爆炸殘留物形成的任何緊湊物體的證據。爆炸是被稱為SN 1987A的超新星,在爆炸的那天就向中微子噴射了水,這導致天文學家思考中子星在坍塌中心形成的可能性。
  • 從超新星爆炸前,發出的幾十個中微子中,發現了恆星死亡的秘密!
    最新對超新星爆炸前發出的中微子研究(極難探測的微小宇宙粒子),讓科學家們離了解恆星在爆炸和死亡之前發生了什麼又近了一步。這項研究由莫納什大學引力波發現(OzGrav)ARC卓越中心的博士後研究員Ryosuke Hirai共同撰寫,其研究發表在《arXiv》上,研究了恆星演化模型,以測試不確定的預測。
  • 科學家找到了恆星爆炸後遺留的中子星
    自從天文學家目睹一顆星星在夜空爆炸中,創造了Supernova 1987A(SN,1987A),他們便一直在搜尋一個物體,這個物體本來應該是在爆炸殘留物中形成的。由於在爆炸當天(1987年2月23日)地球上檢測到稱為中微子的粒子,天文學家預期在星體崩潰的中央形成了一顆中子星。但當科學家找不到該恆星的證據時,他們開始懷疑它是否隨後墜入一個黑洞。
  • 宇宙中的「上帝之手」,一種看不見的神秘物質——「宇宙超流體」
    然而,宇宙中95%的物質都是一些我們看不見的物質。真正主宰宇宙的是一種神秘的物質——「宇宙超流體」。而我們所能夠看得見的物質,都是「宇宙超流體」熱效應產生的「宇宙泡沫」。在講「宇宙超流體」之前,我們先來認識一下常規的「超流體」,也就是我們看得見摸得著的「超流體」。20世紀30年代末,蘇聯科學家「彼得.卡皮查」首先觀測到,液態氦4在超低溫下具有「超流體」特徵。
  • 奇特超流體可以解釋宇宙的存在
    那時不存在我們所理解的粒子,更不用說是任何恆星,以及現今太空中的真空。整個太空充滿著均勻、無形、壓縮物質。物質雲團開始形成,並坍縮成恆星,逐漸組成星系,我們所知道的一切宇宙物質逐漸出現。那麼,到底是什麼使宇宙脫離了它的無定形狀態呢?科學家仍不確定,但是研究人員現已找到一種新方法,可以在實驗室裡模擬可能導致早期宇宙嚴重失衡的缺陷。這項研究報告發表在1月16日出版的《自然通訊》上,科學家展示了他們可以使用超冷氦氣模擬宇宙最初的時刻,具體而言,就是重新創造宇宙大爆炸之後存在的條件。
  • 為什麼在超流體中不存在速度限制?
    研究人員發現了沒有速度限制的原因:超流體中的奇異粒子。在極低的溫度下,它會變成超流體,並開始具備一些超常特性(如使通過其中的物體不具摩擦力)。這一發現對於量子技術的應用具有指導意義,甚至包括量子計算——目前已有多個量子計算研究小組致力於利用這些不尋常的粒子。人們認為,物體穿過超流體氦-3的速度從根本上講是限制在朗道臨界速度(critical Landau velocity)之內的,一旦超過這個速度限制,物體就會破壞超流體。
  • 什麼是超流體,超流體有沒有速度限制?
    還有一種物質叫做「超流體」(Superfluid)。為何稱其為超流體,因為其流動異常,完全沒有粘性。超流體若被置於環形容器中,則不受摩擦而能無休止地流動。 PeterCapitcha, JohnAllen和 HanMcCurner於1937年發現了超流體。對超流體的研究叫做量子流體力學。在一定溫度下量子液體轉變為超流體的過程稱為量子流體。
  • 科學家發現其它恆星出現日冕物質拋射現象!
    科學家發現其它恆星出現日冕物質拋射現象!研究人員還表示,他們首次清楚地探測到一顆遙遠的恆星正在發生一種類似日冕物質拋射的噴發活動,迄今為止,這種噴發活動一直以來只在我們的太陽上被觀察到。義大利巴勒莫大學天體物理學家Costanza Argiroffi說,這樣的爆炸活動可能會對恆星周圍的任何星球均造成嚴重破壞。科學家們對我們太陽的星體動力學最熟悉了。太陽耀斑是太陽系中最大的爆炸。
  • 科學家為何堅信地外生命存在?這幾次的奇怪發現,或許就是證據
    除了地球之外,宇宙中還有沒有其它星球還存在著生命?這個問題放到21世紀的今天,雖然無解,但是越來越多的科學家都相信答案是肯定的。近日,西班牙《國家報》上的一篇文章,為地外生命的存在,提出了幾點證據。現代研究認為,大約138億年之前,奇點爆炸讓宇宙出現,此後,伴隨著恆星的演化,宇宙中不斷充滿了新的元素,並且在大約50億年前的銀河系邊緣地帶,太陽孕育而生,太陽系也成為了迄今為止,宇宙中唯一具有生命的星系。
  • 哈勃望遠鏡有新發現!拍到一顆爆炸的恆星,殘餘物正掠過銀河系
    有消息稱,科研人員近期在利用哈勃太空望遠鏡執行科研任務的時候,意外有了新發現,拍到一顆恆星以不可思議的速度快速掠過銀河系。據介紹,這顆恆星的速度估計在每小時56萬公裡,而且經歷了一次「部分超新星」事件。