¿Por qué las estrellas de neutrones tienen cortezas sólidas?

Hace mucho tiempo leí que las estrellas de neutrones tienen una corteza sólida que es varios órdenes de magnitud más dura/fuerte que las aleaciones aquí en la Tierra. Como es esto posible ?

Una estrella de neutrones tiene una temperatura superficial de unos 50.000 °K, entonces, ¿cómo puede algo "solidificarse" a estas temperaturas?

Entiendo que un sólido es duro por los enlaces químicos y a veces los cristales que se forman en el sólido, entonces la única manera de que una estrella con 50.000 °K pueda tener una corteza sólida es si la materia allí es sólida por otros medios. , y eso es porque ni los enlaces químicos ni las moléculas pueden existir a estas temperaturas.

Entonces, ¿cómo puede la corteza de una estrella de neutrones (y la materia en general) volverse sólida a estas altas temperaturas donde ni siquiera existen moléculas y átomos neutros? ¿Y esta materia sólida puede realmente alcanzar resistencias de varios órdenes de magnitud de la resistencia de nuestras aleaciones?

No hay enlace en la estrella de neutrones. Necesitas electrones y protones para el enlace químico. Y por ser un líquido debería tener fuerzas intermoleculares más débiles que solo es posible en los enlaces.
@manshu Las capas exteriores de una estrella de neutrones tienen tantos electrones y protones como la materia normal.
Las superficies de una estrella de neutrones pueden volverse líquidas si la temperatura supera los 10^6 Kelvin. Además, supondría que la increíble fuerza de la gravedad (y, por lo tanto, la presión) sobre la materia de la estrella jugaría un factor en las condiciones de su cambio de fase, lo que haría que la superficie se volviera sólida en condiciones mucho más extremas que en la Tierra.

Respuestas (1)

La corteza de la estrella de neutrones se separa en regiones internas y externas. El exterior es una corteza de núcleos ricos en neutrones rodeados de electrones degenerados. El interior es similar, pero los núcleos son aún más ricos en neutrones y también hay neutrones degenerados.

La respuesta (cualitativa) a su pregunta analiza la relación entre la energía electrostática (Coulomb) y la energía térmica de los iones en la corteza.

mi C mi t h ≃ Z 2 mi 2 4 π r 0 ϵ k T ,
dónde T es la temperatura, Z es el número atómico de los núcleos y r 0 Es una separación característica entre los núcleos.

Esta relación aumenta con: la disminución de la temperatura, la disminución de la separación de núcleos (es decir, el aumento de la densidad) y el aumento del número atómico. Cuando alcanza algún valor crítico, el plasma se "congela" en una costra, con los iones encerrados en una red sólida. El mismo fenómeno ocurre en los núcleos de las enanas blancas a temperaturas y densidades similares, y se ha "observado" que el proceso ocurre a través de la astrosismología.

Entonces lo que está pasando aquí, es que aunque la corteza está caliente ( 10 7 K no sería irrazonable en realidad), las densidades ( 10 11 − 10 15 kg/m3 3 ) son lo suficientemente altas para solidificar el plasma.

Esto, por supuesto, no es toda la historia. A densidades muy altas, cuando los neutrones gotean fuera de los núcleos, uno tiene que considerar los términos de energía superficial y, en última instancia, el fluido de neutrones "disuelve" la corteza a aproximadamente 10 dieciséis kg/m3 3 , posiblemente a través de varias fases extrañas de "pasta nuclear", eventualmente formando un fluido de neutrones, protones y electrones.

La palabra "corteza" implica que la superficie es de alguna manera más dura, más fuerte o más rígida que el material que se encuentra debajo; ¿Es esto cierto?
@DanielGriscom Se refiere a la estructura microscópica. Supongo que macroscópicamente el módulo de corte sería mucho mayor. En términos de compresibilidad, no, el material de la corteza es comparativamente compresible en comparación con el interior fluido de la estrella de neutrones.
¡Caramba, esas cortezas deben generar una química interesante! :)
@Gert: y algo de ciencia ficción dura interesante en ese sentido. Ver Dragon's Egg de Robert Forward.
@RobJeffries ¿Pero de dónde vienen los iones que forman la red? Acabas de mencionar que la corteza está hecha de núcleos ricos en neutrones rodeados de electrones degenerados, entonces, ¿qué forma la red?
@AbanobEbrahim Errr, un núcleo es un ion completamente ionizado.
@AbanobEbrahim, la corteza son iones de elementos pesados, en gran parte hierro, y a medida que avanza hacia adentro, hay más y más neutrones libres. por ejemplo, esta figura para la idea básica ( Zsignifica elementos más pesados ​​que el helio), o por ejemplo, esta figura con (modelos (inciertos)) de composiciones elementales particulares .
Oh, ni siquiera sé cómo cometí este error. Parece que no noté la palabra "núcleos" y por eso pensé que la corteza estaba hecha de neutrones. Lo lamento.
@DilithiumMatrix No hay neutrones libres hasta que la densidad alcanza aproximadamente 4 × 10 14 kg/m3 3 . Esa es la definición de la "corteza exterior", que podría tener hasta un kilómetro de profundidad. Solo la piel exterior (quizás unos pocos metros) contendría núcleos de hierro. Más profundo que esto, los núcleos se vuelven cada vez más pesados ​​y mucho más ricos en neutrones.
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