¿Qué pasaría si un cuerpo cayera en una estrella de neutrones?

No hay cálculos detallados, pero sí una respuesta cualitativa: dependiendo de la trayectoria del impactador, los resultados variarán un poco, pero está claro que la energía potencial del impactador se transformará en una gran cantidad de energía cinética antes de que ocurra el impacto. La energía cinética se transformará entonces principalmente en calor durante el impacto, transformando una parte sustancial de la masa del impactador en rayos X y rayos gamma.

Los restos del impactador se transformarán en un plasma, con la mayoría de los electrones moviéndose independientemente de sus antiguos núcleos, y dispersándose principalmente en la atmósfera (una capa delgada de unos pocos milímetros) de la estrella de neutrones. Las energías serán lo suficientemente altas como para desencadenar tanto la fusión nuclear como la fisión, junto con otras reacciones de partículas de alta energía. Parte de la energía se transformará en campos magnéticos, que también pueden ser muy fuertes en las estrellas de neutrones.

No se espera mucha mezcla con el interior de la estrella de neutrones en el primer instante para pequeños impactadores debido a la alta inercia y densidad de las partes internas de la estrella de neutrones.

En algunos casos, el impacto podría desencadenar el colapso de la estrella de neutrones en un agujero negro, dependiendo de la masa de la estrella de neutrones y la masa del impactador.

Más sobre la estructura interna de las estrellas de neutrones en Wikipedia . ("La materia que cae sobre la superficie de una estrella de neutrones sería acelerada a una velocidad tremenda por la gravedad de la estrella. La fuerza del impacto probablemente destruiría los átomos que componen el objeto, haciendo que toda su materia sea idéntica, en la mayoría de los aspectos, al resto de la estrella .")

Más sobre el límite de Chandrasekhar de las estrellas de neutrones .

Supongamos que lo que cae sobre la estrella de neutrones es material "normal", es decir, un planeta, un asteroide o algo así. A medida que el material se dirige hacia la estrella de neutrones, gana una enorme cantidad de energía cinética. Si asumimos que comienza desde el infinito, entonces la energía ganada (y convertida en energía cinética) es aproximadamente (ignorando GR)

$$\frac{1}{2}m v^2 = \frac{GMm}{R},$$ dónde $m$es la masa del objeto (que se cancela) y $M$y $R$son la masa y el radio de la estrella de neutrones (supongamos valores típicos de $1.4 M_{\odot}$y 10 km respectivamente).

Esto da como resultado una velocidad a medida que se acerca a la superficie de la estrella de neutrones de$1.9 \times 10^{8}$m/s - es decir, lo suficientemente grande como para tener que hacer el cálculo utilizando la mecánica relativista en realidad.

Sin embargo, dudo que el objeto llegue intacto a la superficie, debido a las fuerzas de marea. El límite de Roche para la ruptura de un objeto rígido ocurre cuando el objeto está a una distancia

$$d = 1.26 R \left(\frac{\rho_{NS}}{\rho_O}\right)^{1/3},$$ dónde $\rho_{NS}$y $\rho_O$son las densidades medias de nuestra estrella de neutrones y objeto respectivamente. Para material rocoso, $\rho_O \simeq 5000$kg/m2 $^{3}$. Para nuestra estrella de neutrones fiduciaria $\rho_{NS} \simeq 7\times10^{17}$kg/m2 $^{3}$. Así, cuando el objeto se acerca más que $d= 500,000$km se desintegrará en sus átomos constituyentes.

Por lo tanto, llegará a las proximidades de la estrella de neutrones como un gas ionizado extremadamente caliente. Pero si el material tiene el más mínimo momento angular, no podría caer directamente sobre la superficie de la estrella de neutrones sin perder primero ese momento angular. Por lo tanto, formará (o se unirá) a un disco de acreción. A medida que el momento angular se transporta hacia afuera, el material puede moverse hacia adentro hasta que se engancha en el campo magnético de la estrella de neutrones y hace su viaje final a la superficie de neutrones, probablemente pasando por un choque de acreción a medida que se acerca al polo magnético, si el objeto es ya se acumula fuertemente. Aproximadamente un pequeño porcentaje de la energía de la masa restante se convierte en energía cinética y luego en calor, que se deposita en parte en la corteza de la estrella de neutrones junto con la materia (núcleos y electrones) y se irradia en parte.

En las altas densidades de la corteza exterior, la materia prima (ciertamente si contiene muchos protones) se quemará en reacciones nucleares rápidas. Si se acumula suficiente material en poco tiempo, esto puede conducir a una explosión termonuclear fuera de control hasta que se hayan consumido todos los elementos ligeros. Las capturas posteriores de electrones hacen que el material sea cada vez más rico en neutrones hasta que se establece en la composición de equilibrio de la corteza, que consiste en núcleos ricos en neutrones y electrones ultrarrelativistas degenerados (sin neutrones libres).