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標  題: [新聞] 發現中子星核心的超流體
發信站: 批踢踢實業 (2011/05/30 Mon 00:02:32)

    NASA的錢卓拉太空望遠鏡首次發現了在中子星核心擁有超流體的直接證據，超流體

是物質的一種沒有摩擦力的奇特狀態。在地球上的實驗室中所產生的超流體擁有一些特

殊的性質，例如可以往上流動，或是由密閉容器中逃脫等。這次的發現對於了解在高密

度的環境下所產生的核反應有著重大的意義。

    在可以直接觀測的物體中，中子星擁有最緻密的物質。一茶匙的中子星物質的重量

約可達六十億噸。而其中心的壓力非常強大，因此許多的帶電粒子(也就是質子和電子)

會互相合併成為不帶電的中子，因而產生了以中子為主所組成的星體。

    有兩個獨立研究的團隊都針對仙后座A(Cas A)這個超新星遺骸進行研究，它是一個

距離地球大約一萬一千光年遠的大質量恆星，於330年前爆發所遺留下來的殘骸。

    由錢卓拉對超新星爆炸後所遺留下來的高密度中子星的觀測資料，顯示它的溫度的

冷卻得非常快，在10年中下降了百分之四左右。

    墨西哥國立自治大學的Dany Page,也是其中一個研究小組的領導人說:「雖然溫度的

下降乍看之下很小，但實際上卻很大得令人驚訝。這代表著中子星內部發生了一些不尋常

的事情。」這個小組在2011年2月25日將這個成果發表在物理導期刊(Physical Review

Letters,PRL)中。

    若是超流體中含有帶電粒子，那它同時也會是超導體，這意味著它們會是完美的導體

，電流通過時不會有能量的損失。這次研究的新結果強烈顯示中子星核心中殘留的質子也

處於超流體狀態，因它們有帶電，所以同時也是超導體。

    俄羅斯聖彼德堡艾爾菲研究所(the loffe Institute in St Petersburg,Russia)的

Peter Shternin說:「由錢卓拉太空望遠鏡所觀測到Cas A 的快速冷卻現象，首次證明了

中子星的核心是由超流體和超導體所組成。」由 Peter Shternin 領導的研究團隊的研

究成果已被英國皇家天文學會月報 (Monthly Notices of the Royal Astronomical Soci

ety,MNRAS) 所接受。

兩組研究團隊都指出這種快速冷卻的機制可由過去100年內中子心的核心產生的超流體解

釋。這樣的冷卻速度將可再持續數十年，接下來便會減緩。

來自俄亥俄州大學，也是 Page 的共同作者 Madappa Prakash 表示：「Cas A  可說是上

天給我們的禮物，因為我們正好在最正確的時間看到這

顆年輕的中子星。有時候這種好運對科學的發展有著長遠的好處。」

    在地球上要製造出超流體需要在接近絕對零度的極低溫之下才能達成，但在中子星內

，則可以在接近攝氏十億度的環境下完成。直至現在，人們仍然無法準確地估計臨界溫度

。這個新的研究成果可將臨界溫度限制在攝氏五億至十億度之間。

Cas A 提供了科學家們研究強作用力 (也就是將次原子粒子結合起來的力) 在極緻密的物

質中的作用。這些結果對於了解中子星的行為而言也很重要，包括自轉突變的現象，進動

與脈衝，磁星爆發，以及中子星磁場的演化。

中子星的自轉速度有時候有突然的小改變，稱為 glitch (自轉突變)，這是中子星殼層內

存有超流體中子的證據，該層的密度比中子星的核心還要

低得多。而這次 Cas A 的新發現則揭露了中子星內密最緻密區域的資訊。

Shternin 的共同作者，同屬於艾爾菲研究所  Dmitry Yakovlev 說：「我們先前對中子

星內質子超導性存在多久一無所知。」

在 Cas A 內中子星的冷卻首先是由加拿大亞伯達大學的 Craig Heinke，以及英國的南開

普敦大學的 Wynn Ho 這兩位共同作者於2010年發現的。這是天文學家們首次測量到年輕

中子星的冷卻速率。


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