¿Por qué calentar una enana blanca encoge su núcleo degenerado?

Tendía a pensar que bajo la degeneración electrónica, los electrones se distribuyen en más estados de energía en lugar de distribuirse en tanto espacio, por lo que el principio de exclusión permite que más electrones se coloquen de manera efectiva. Entonces, hacer que una enana blanca sea más caliente quizás haría que la enana blanca (de masa sin cambios) se encogiera porque los electrones entraran en estados de energía aún más diferentes, la mayoría de ellos completamente empaquetados.

Ahora encontré una explicación bastante diferente: los electrones fríos son grandes debido al principio de incertidumbre.

(¡La respuesta de Anders Sandberg ha señalado que las enanas blancas en realidad no se encogen! Mientras que el núcleo degenerado, o al menos su parte central, aumenta en densidad, las regiones exteriores no degeneradas se expanden y la estrella se expande como un todo que es directamente observable Sin embargo, la pregunta sobre qué está pasando en el medio de la estrella permanece.)

Si se traduce a la física real, ¿son las dos explicaciones/mecanismos de alguna manera el mismo? Y si no, ¿cuál contribuye cuantitativamente más al efecto de que una enana blanca más caliente y de la misma masa sea más densa en el medio, en el estado de equilibrio?

(Mi propia experiencia: no soy físico. Entiendo lo que hace que los átomos ocupen un volumen, pero no entiendo cómo se define el "tamaño" de un mero electrón cuando se trata de "empaquetar completamente" un nivel de energía o un solo estado cuántico de electrones dentro de algún espacio. También soy muy consciente de que las enanas blancas están lejos de estar compuestas solo de electrones, pero no estoy seguro de si toda esa materia hadrónica juega algún papel en la forma en que puedo empaquetar los electrones.)

Respuestas (2)

¡Pero no se espera que las enanas blancas se encojan! Aquí está la primera gráfica que pude encontrar, de ( Soares 2017 ), que muestra que para una masa dada, el radio aumenta a medida que la calientas:

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El artículo deriva de una fórmula semiempírica originaria de Shapiro & Teukolsky que vincula la masa, el radio y la temperatura. Esta es básicamente una fórmula de equilibrio hidrostático, solo débilmente afectada por la ecuación de estado. Consulte ( Koester & Chanmugam 1990 , sección 3.6) para obtener más detalles sobre la EoS.

Creo que lo que sucede aquí es que el gas de electrones que rodea la red se expande, ya que para la mayoría de las enanas blancas está lejos de degenerar por completo.

¿Qué pasa con la gran brecha entre .475M y .45M?

Si suministra calor a una enana blanca de masa fija, entonces se degenera menos.

El interior de la enana blanca es aproximadamente isotérmico debido a la muy alta conductividad térmica de un gas degenerado de electrones y tiene unas 100 veces la temperatura de su fotosfera. A medida que avanza hacia afuera, la densidad y, por lo tanto, la energía de Fermi del electrón disminuyen. En algún momento ya no puedes decir eso mi F k B T y el gas se vuelve parcialmente degenerado y luego no degenerado cerca de la fotosfera.

Si elevas la temperatura del interior de la enana blanca, tiene poco efecto estructural cerca del núcleo, donde mi F 1000 k B T , el interior profundo permanece efectivamente muy "frío" y el gas de electrones está muy, muy degenerado. Sin embargo, mueve el radio donde se pierde la degeneración hacia adentro . Por lo tanto, supongo que se podría decir que el "núcleo" degenerado (aunque es la gran mayoría de la estrella) se encoge.

La enana blanca en su conjunto se expande, porque la presión aumenta de manera muy significativa en las capas exteriores.