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标  题: [新闻] 发现中子星核心的超流体
发信站: 批踢踢实业 (2011/05/30 Mon 00:02:32)

    NASA的钱卓拉太空望远镜首次发现了在中子星核心拥有超流体的直接证据，超流体

是物质的一种没有摩擦力的奇特状态。在地球上的实验室中所产生的超流体拥有一些特

殊的性质，例如可以往上流动，或是由密闭容器中逃脱等。这次的发现对於了解在高密

度的环境下所产生的核反应有著重大的意义。

    在可以直接观测的物体中，中子星拥有最致密的物质。一茶匙的中子星物质的重量

约可达六十亿吨。而其中心的压力非常强大，因此许多的带电粒子(也就是质子和电子)

会互相合并成为不带电的中子，因而产生了以中子为主所组成的星体。

    有两个独立研究的团队都针对仙后座A(Cas A)这个超新星遗骸进行研究，它是一个

距离地球大约一万一千光年远的大质量恒星，於330年前爆发所遗留下来的残骸。

    由钱卓拉对超新星爆炸後所遗留下来的高密度中子星的观测资料，显示它的温度的

冷却得非常快，在10年中下降了百分之四左右。

    墨西哥国立自治大学的Dany Page,也是其中一个研究小组的领导人说:「虽然温度的

下降乍看之下很小，但实际上却很大得令人惊讶。这代表著中子星内部发生了一些不寻常

的事情。」这个小组在2011年2月25日将这个成果发表在物理导期刊(Physical Review

Letters,PRL)中。

    若是超流体中含有带电粒子，那它同时也会是超导体，这意味著它们会是完美的导体

，电流通过时不会有能量的损失。这次研究的新结果强烈显示中子星核心中残留的质子也

处於超流体状态，因它们有带电，所以同时也是超导体。

    俄罗斯圣彼德堡艾尔菲研究所(the loffe Institute in St Petersburg,Russia)的

Peter Shternin说:「由钱卓拉太空望远镜所观测到Cas A 的快速冷却现象，首次证明了

中子星的核心是由超流体和超导体所组成。」由 Peter Shternin 领导的研究团队的研

究成果已被英国皇家天文学会月报 (Monthly Notices of the Royal Astronomical Soci

ety,MNRAS) 所接受。

两组研究团队都指出这种快速冷却的机制可由过去100年内中子心的核心产生的超流体解

释。这样的冷却速度将可再持续数十年，接下来便会减缓。

来自俄亥俄州大学，也是 Page 的共同作者 Madappa Prakash 表示：「Cas A  可说是上

天给我们的礼物，因为我们正好在最正确的时间看到这

颗年轻的中子星。有时候这种好运对科学的发展有著长远的好处。」

    在地球上要制造出超流体需要在接近绝对零度的极低温之下才能达成，但在中子星内

，则可以在接近摄氏十亿度的环境下完成。直至现在，人们仍然无法准确地估计临界温度

。这个新的研究成果可将临界温度限制在摄氏五亿至十亿度之间。

Cas A 提供了科学家们研究强作用力 (也就是将次原子粒子结合起来的力) 在极致密的物

质中的作用。这些结果对於了解中子星的行为而言也很重要，包括自转突变的现象，进动

与脉冲，磁星爆发，以及中子星磁场的演化。

中子星的自转速度有时候有突然的小改变，称为 glitch (自转突变)，这是中子星壳层内

存有超流体中子的证据，该层的密度比中子星的核心还要

低得多。而这次 Cas A 的新发现则揭露了中子星内密最致密区域的资讯。

Shternin 的共同作者，同属於艾尔菲研究所  Dmitry Yakovlev 说：「我们先前对中子

星内质子超导性存在多久一无所知。」

在 Cas A 内中子星的冷却首先是由加拿大亚伯达大学的 Craig Heinke，以及英国的南开

普敦大学的 Wynn Ho 这两位共同作者於2010年发现的。这是天文学家们首次测量到年轻

中子星的冷却速率。


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