Presión de degeneración de electrones y el principio de exclusión de Pauli

Básicamente, el principio de exclusión de Pauli dice que dos fermiones (en este caso, electrones) no pueden estar en el mismo estado cuántico. Para ampliar: No hay dos electrones en un átomo que puedan compartir los mismos números para sus cuatro números cuánticos , propiedades que ayudan a describir el estado de una partícula. ¿Qué son los números cuánticos? La consecuencia importante aquí es que dos electrones no pueden tener el mismo espín y nivel de energía.

En una enana blanca o una estrella de neutrones, los fermiones están muy juntos y hay mucha fuerza debido a la gravedad. Sin embargo, el principio de exclusión triunfa. Los fermiones cerca uno del otro deben tener diferentes niveles de energía; esto conduce a diferencias de energía y presión de degeneración de la presión, que contrarresta la fuerza de la gravedad. Por encima de cierto límite de masa (el límite de Chandrasekhar , aproximadamente$\sim1.40M_{\odot}$), la presión de degeneración de electrones ya no es suficiente; la enana blanca colapsa en una estrella de neutrones. Parece haber un límite similar para las estrellas de neutrones, donde la presión de degeneración de neutrones no puede soportar el remanente contra la gravedad, y colapsa en un agujero negro.

Y he aquí otra manera de enmarcar la situación. La degeneración no es responsable de la presión en los electrones en una enana blanca, tendrían esa misma presión una vez que la estrella se contrae al mismo tamaño, incluso si todo fuera gas ideal (digamos, si los electrones fueran distinguibles). Lo que se entiende por "presión de degeneración" es la presión de gas cinética perfectamente mundana que se alcanza en el punto donde el principio de exclusión de Pauli hace imposible que la estrella pierda más calor, por lo que no puede contraerse más. Tenga en cuenta que esto también significa que el límite de "presión de degeneración" para una estrella determinada es la presión máxima que la estrella puede alcanzar. Esto sorprende a algunas personas, que tienden a pensar en la presión de degeneración como una especie de mínimo por debajo del cual la presión no puede caer.