Casiopea A: Chandra descubre superfluido en el núcleo de la estrella de neutrones

Esta imagen compuesta muestra una hermosa visión óptica y de rayos X de Casiopea A (Cas A), un remanente de supernova localizado en nuestra galaxia a unos 11.000 años luz de distancia. Estos son los restos de una estrella masiva que explotó hace unos 330 años, según lo determinado desde la Tierra. Los rayos X de Chandra se muestran en rojo, verde y azul, junto con los datos ópticos del Hubble en oro. En Casiopea A se ha encontrado la evidencia de un estado extraño de la materia, conocido como superfluido.

En el centro de la imagen está una estrella de neutrones, una estrella extremadamente densa creada por la supernova. Diez años de observaciones con Chandra han revelado un descenso del 4% en la temperatura de esta estrella de neutrones, un enfriamiento inesperadamente rápido. Dos nuevos documentos de equipos de investigación independientes muestran que este enfriamiento es probablemente causado por un superfluido de neutrones que se está formando en sus regiones centrales, la primera evidencia directa de este extraño estado de la materia en el núcleo de una estrella de neutrones.

La formación de un superfluido en una estrella de neutrones

El recuadro muestra una impresión artística de la estrella de neutrones en el centro de Cas A. Las diferentes capas de color en la región de recorte muestran la corteza (naranja), el núcleo (rojo), donde las densidades son mucho más altas, y la parte del núcleo donde los neutrones se cree que están en un estado superfluido (bola roja interior). Los rayos azules que emanan del centro de la estrella representan el copioso número de neutrinos -casi sin masa, partículas de interacción débil- que se crean a medida que la temperatura del núcleo cae por debajo de un nivel crítico y formándose entonces un superfluido de neutrones, proceso que comenzó hace alrededor de 100 años como se ha observado desde la Tierra. Estos neutrinos escapan de la estrella, llevando la energía con ellos y provocando que la estrella se enfríe más rápidamente.

Ilustración de la estrella de neutrones Casiopea A

Esta nueva investigación ha permitido a los equipos colocar las primeras limitaciones observacionales en una serie de propiedades de los materiales superfluidos en estrellas de neutrones. La temperatura crítica fue resringida a entre 500 y 1000 millones de grados centígrados. Una amplia región de la estrella de neutrones se espera que sea la formación de un superfluido de neutrones como se observa ahora, y para explicar completamente el enfriamiento rápido, los protones en la estrella de neutrones deben haber formado un superfluido incluso enseguida después de la explosión. Debido a que son partículas cargadas, los protones forman también un superconductor.

Utilizando un modelo que se ha sido limitado por las observaciones de Chandra, se ha pronosticado el comportamiento futuro de la estrella de neutrones. El enfriamiento rápido se espera que continúe durante algunas décadas y luego reduzca su velocidad.

Fuente:
Cassiopeia A:
NASA'S Chandra Finds Superfluid in Neutron Star's Core