Formando una estrella de neutrones: ¿decaimiento β−β−\beta^- inverso o captura de electrones?

Es una captura de electrones . Debido a que el neutrón es más pesado que la suma de la masa del protón y el electrón, esta captura requiere energía adicional. Esta energía es aportada por el electrón gracias al siguiente mecanismo:

Los electrones son fermiones, por lo que debido al principio de exclusión de Pauli , no puede haber 2 electrones en el mismo estado cuántico. Cuando una estrella colapsa, su núcleo se comprime y los electrones se acercan tanto que se activa la exclusión de Pauli. Para que los electrones ocupen el mismo lugar, deben tener diferente energía (estar en un estado cuántico diferente). Durante la compresión continua, más y más electrones se acumulan en cada ubicación del volumen del núcleo. Porque todas las energías bajas ya están ocupadas (el gas de electrones está degenerado), los electrones deben entrar en energías cada vez más altas. Esta energía es proporcionada por la compresión, que debe superar la presión de degeneración de los electrones (en otras palabras: la compresión debe agregar más y más energía a los electrones para empujarlos a energías más altas). En algún momento, los electrones de mayor energía tienen suficiente energía para cerrar la brecha entre la masa del neutrón y la masa (protón + electrón). Entonces, los electrones de mayor energía se fusionan con los protones.

Este proceso particular no se observó en el laboratorio, porque no podemos crear la presión requerida. Pero se observó un proceso relacionado: una captura de electrones de la capa K en un átomo con núcleo rico en protones. En este proceso, la energía requerida es suministrada por la diferencia de energía entre el núcleo inicial y el final: el núcleo inicial tiene demasiados protones, que por lo tanto deben ocupar niveles de energía más altos , nuevamente debido a la exclusión de Pauli. Esto también se conoce como captura K.

La captura de electrones se ve facilitada por la interacción débil y es un proceso bien entendido.

Nota: los electrones restantes (por debajo de la energía requerida) en la estrella de neutrones permanecen porque no pueden fusionarse (no hay suficiente energía). Estos electrones restantes todavía están degenerados y evitan que los neutrones se desintegren en beta de nuevo en protón + electrón. No hay suficiente energía disponible para poner este nuevo electrón en el gas degenerado de electrones.