Comprensión del núcleo de la estrella de neutrones

De lo que se da aquí, los neutrones libres (neutrones fuera de los núcleos atómicos) son inestables y se descomponen en unos 15 minutos en protones, electrones y un antineutrino (en la mayoría de los casos).

Además, dado que existen estrellas de neutrones , se daría el caso de que es la gravedad la que empaqueta los neutrones lo suficientemente cerca como para permanecer estables.

Según tengo entendido, hacia el centro de la estrella de neutrones (el núcleo), la fuerza gravitatoria neta debería disminuir (la masa en el centro y el núcleo exterior de la estrella de neutrones contribuye a la fuerza gravitacional hacia la superficie, sin embargo, la fuerza neta experimentada debido a la gravedad en el centro mismo sería cero dado que las masas en el resto de la esfera tirarían simétricamente en el núcleo resultando en una fuerza gravitatoria neta cero).

Con el entendimiento anterior, que casi no hay atracción gravitatoria en el centro, los neutrones allí estarían libres para decaer. ¿Es correcto este entendimiento o me perdí algo fundamental? (los artículos vinculados mencionan que habría materia en otros estados, pero no por la razón mencionada anteriormente; más bien, la justificación se debe a la mayor densidad, pero mi punto es exactamente lo contrario: que la densidad en el núcleo sería menor debido a la fuerza gravitatoria neta es cero)

Aunque la gravedad es 0 en el centro, creo que la presión será máxima.
Pero la única (o principal) fuerza que podría impulsar la presión en el caso de una estrella de neutrones sería la gravedad, que en el centro no sería muy significativa.
Considere la Tierra, por ejemplo, o Júpiter. La gravedad también es cero en el centro del planeta, pero la presión es enorme, porque es el peso de toda la materia de arriba, y arriba hay gravedad .
Bueno, lo que vale para la estrella de neutrones también debería valer para la Tierra y Júpiter. Dado que la fuerza gravitacional neta es cero cerca del centro, el efecto de cualquier presión resultante de los líquidos y gases en las otras capas sería significativamente menor de lo que podría haber sido. Además, se esperaría en su mayoría que una estrella de neutrones consistiera en sólido en lugar de cualquier otro en las capas que no sean hacia el centro.
Lo que también estoy tratando de decir es que la fuerza gravitatoria actúa hacia afuera cerca del centro (debido a la atracción gravitacional de las capas intermedias y la superficie) y actúa hacia adentro cerca de la superficie (debido al centro y las capas intermedias). La fuerza gravitacional neta, para todos los cuerpos celestes, incluida la Tierra, Júpiter y cualquier otro, tendría que ser cercana a cero en el centro. Si hay presión hacia el centro, entonces debería deberse a otras fuerzas, como los gases.
Creo que no entendiste mi argumento. Considere una columna de sección 1 cm^2 desde el centro de la Tierra hasta la superficie. Divide la columna en pequeños cubos de 1 cm^3 cada uno; luego multiplique la masa de cada cubo por la gravedad en ese cubo; suma todos estos pesos de cubos, ese sera el peso por cm^2 al centro de la tierra. Que en este mismo punto la gravedad sea 0 es irrelevante, la presión es máxima.
Su comprensión del mecanismo de los gases degenerados es defectuosa. ¿ En qué medida physics.stackexchange.com/questions/63383/… ? ¿ayudarte?
@dmckee - Gracias. Me perdí ese. Investigué brevemente los gases degenerados, pero mi pregunta se basó en un entendimiento que parece contradecir el teorema de la capa de lo que indicó rodrigo. Así que tendré que empezar desde allí. ¡Gracias de nuevo!
Tienes que razonar esto en términos de gases degenerados, porque es el balance de energía de tales fuerzas lo que controla este comportamiento. Está asumiendo implícitamente que puede poner los productos de descomposición en estados de baja energía, pero tales estados no están disponibles.
@dmckee No me estaba enfocando en los gases degenerados porque entendía que la condición para su presencia en sí misma no estaba allí, que es alta presión (y posiblemente otros factores). Pero supongo que tendré que revisar todo el asunto.
Un punto final, aunque la fuerza nuclear entre el neutrón y el protón es más fuerte, la fuerza entre dos neutrones no es cero. Ha habido búsquedas de estados unidos entre dos neutrones y, aunque no se han encontrado, es posible que todavía existan.

Respuestas (2)

La gravedad está en equilibrio con un gradiente de presión , no con la presión. La ecuación del equilibrio hidrostático es

d PAG d r = − ρ gramo   ,
dónde ρ y gramo son la densidad local y la gravedad respectivamente.

tienes razón en eso gramo = 0 exactamente en el centro de una estrella de neutrones. Esto también significa que el gradiente de presión es cero en el centro de la estrella de neutrones, lo que significa que la presión y, por lo tanto, la densidad son máximas.

Lo que detiene la descomposición de los neutrones no es el campo gravitacional local, son sus densidades numéricas extremadamente altas y la presencia de una pequeña fracción de protones y electrones degenerados.

Considere un experimento mental en el que pudo confinar un gas denso de neutrones puros. Habría una fase de decaimiento inicial que produciría algunos protones y electrones. Pero las densidades de estas especies de fermiones se acumularían hasta que también degeneraran. Cuando la energía de Fermi del electrón alcanza el máximo posible del proceso de desintegración beta del neutrón, se bloquea la desintegración adicional de los neutrones. Todos los estados de energía de electrones más bajos ya están llenos.

Por lo que puedo entender de aquí , el equilibrio hidrostático sería una consecuencia de la interacción entre la gravedad y la presión. Por la forma en que lo dices, parece que la gravedad sería una consecuencia en lugar de una parte de la causa.
Dado que una estrella de neutrones puede considerarse mayoritariamente homogénea (compuesta por neutrones), por lo que he entendido del teorema de la capa (siguiendo la discusión con rodrigo ), a medida que avanzamos hacia el centro de la esfera, el efecto de la gravedad (por lo tanto, la presión actuando hacia el centro) disminuye.
Entonces, a medida que nos movemos hacia el centro, entiendo que, debido a la disminución de la presión, sería posible que los neutrones se descompusieran en protones y electrones, simplemente porque ya no hay suficiente presión para mantenerlos cerca uno del otro. haciendo así que se comporten más como neutrones libres.
Para mí tiene sentido que la estrella de neutrones en su conjunto esté en equilibrio hidrostático donde: la gravedad asegura que la capa exterior tiende a colapsar la estructura (la fuerza actúa hacia el centro) mientras que la presión de los protones y electrones descompuestos en el núcleo resiste lo mismo (la fuerza actúa alejándose del centro). Aunque wiki afirma que las partículas degeneradas en el caso de una estrella de neutrones son los propios neutrones, lo que contradice el entendimiento anterior.
@RavindraHV El equilibrio hidrostático equilibra la gravedad con un gradiente de presión (negativo) , no con la presión. La presión del curso aumenta hacia el centro. La presión está dominada por las especies dominantes: los neutrones.
¡Gracias por volver! (a) Si entiendo correctamente, por gradiente de presión, quiere decir que no es solo presión, sino que es una presión que varía a lo largo del eje, la fuerza debido a la presión actúa y, en este caso, la presión aumenta hacia el centro. Si es así, entonces está bien, lo entiendo. (b) Dado que no se sabe que los neutrones se repelan entre sí, en este caso no sería la fuerza electrostática la fuente de la presión sino alguna otra. ¿Es esto correcto?
@RavindraHV (a) d PAG / d r = − ρ gramo . En el mismo centro ambos gramo = 0 y d PAG / d r = 0 . (b) Los neutrones se ven afectados por la degeneración (que conduce a la presión de degeneración), pero también la fuerza nuclear fuerte es repulsiva entre los neutrones por encima de la densidad habitual de la materia nuclear.
a) Del Diccionario de Geofísica, Astrofísica y Astronomía editado por Richard A. Matzner para equilibrio hidrostático : P and ρ are the local values of pressure and density at radius r. En la respuesta, dice que tanto la presión como la densidad son más altas en el centro y en el mismo centro es cero. b) Gracias.
Lo siento, dP/drser cero sería el gradiente. Entonces, la presión aún sería máxima en el centro.
Para resumir la comprensión, aunque la presión causada por la gravedad es más alta en la superficie y disminuye a medida que avanzamos hacia el centro, la presión sigue aumentando a medida que avanzamos hacia el centro. A medida que aumenta la presión, también lo hace la densidad hasta el punto (cerca del centro) en el que, debido a las condiciones predominantes, se produce la formación de gas degenerado. (El malentendido fue no tener en cuenta el teorema de la capa y, por lo tanto, concluir que había una fuerza gravitacional que actuaba lejos del centro como resultado de la masa circundante).
@RavindraHV Ese no sería mi resumen. La presión es cero en la superficie (por definición). Parece que no comprende que el equilibrio hidrostático se da entre el gradiente de presión y la gravedad. El gradiente de presión más alto está cerca de la superficie. Los neutrones (y los protones y electrones) están degenerados en la gran mayoría de las estrellas de neutrones, aunque la estructura es más compleja de lo que describes.
Bien. Quise decir que el efecto de la presión debido a la gravedad es más alto desde debajo de la superficie hacia adelante. Entiendo esto : en cualquier capa dada de una estrella, hay un equilibrio hidrostático entre la presión térmica hacia afuera desde abajo y el peso del material que presiona hacia adentro. Es eso lo que estás tratando de decir? También por lo que dices, así como por wiki , parece que no hay un 'núcleo'.
Escribes aquí "protones degenerados". Pero, ¿no es cierto que los neutrones y los electrones están degenerados, mientras que los protones no lo están? La densidad de carga de protones debe coincidir con la densidad de carga de electrones, por lo que la densidad de número de protones debe ser similar a la de una enana blanca.
@rob la densidad del número de neutrones es del orden 10 45 metro − 3 , por lo que la densidad del número de protones es ∼ 10 43 metro − 3 . En una enana blanca, la densidad del número de electrones es solo del orden 10 35 - 10 36 metro − 3 , por lo que más de un millón de veces menos. Lo que importa para la degeneración es comparar k T con la energía de Fermi (cinética) - que va como norte 2 / 3 / 2 metro - así que eso es más que 10 − 100 veces más grande para los protones. Entonces, aunque las estrellas de neutrones pueden ser de 10 a 1000 veces más calientes que las enanas blancas, los protones en una estrella de neutrones aún están degenerados.

Para resumir el entendimiento, aunque la presión causada por la gravedad es mayor en la superficie y disminuye progresivamente a medida que avanzamos hacia el centro, la presión aún se acumula a medida que avanzamos hacia el centro (aumenta progresivamente). A medida que aumenta la presión, también lo hace la densidad hasta el punto (cerca del centro) en el que, debido a las condiciones predominantes, se produce la formación de gas degenerado.

El malentendido fue no tener en cuenta el teorema de la capa y, por lo tanto, concluir que había una fuerza gravitacional que actuaba lejos del centro como resultado de la masa circundante que también negaba la presión.

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