Z którego atomu zbudowana jest gwiazda neutronowa?

Zrozumiałem, że wszystko było zrobione z atomów .

Atom jest najmniejszą jednostkową składową zwykłej materii, która ma właściwości pierwiastka chemicznego. Każde ciało stałe, ciecz, gaz i plazma składa się z obojętnych lub zjonizowanych atomów

Jednak w przypadku gwiazd neutronowych ;

podstawowe modele tych obiektów sugerują, że gwiazdy neutronowe składają się prawie wyłącznie z neutronów, które są cząsteczkami subatomowymi

Czy to oznacza, że neutrony mogą istnieć poza atomem i że gwiazda neutronowa nie składa się z elementu rozpoznawalnego na układzie okresowym?

neutron-star

— James Wood
źródło

Nie wszystko składa się z atomów. Kluczem jest tutaj to, że gwiazdy neutronowe nie są zbudowane z „zwykłej materii” wspomnianej w pierwszej definicji. Jest to bardzo różna i „specjalna” materia, która składa się głównie z neutronów z wieloma innymi spakowanymi rzeczami. Tak, neutrony mogą istnieć poza atomem; są niestabilne, jeśli są wolne; są stabilne w obrębie gwiazdy neutronowej. Gwiazda neutronowa nie jest wykonana z żadnego „elementu” - który należy do kategorii „zwykłej materii” i to nie wszystko. To inny rodzaj rzeczy.

— Florin Andrei

@ florin-andrei Czy gwiazda neutronowa „100% minus jeden neutron” z pojedynczym protonem byłaby izotopem wodoru?

— Philippe Goulet,

Pojęcie, że „wszystko jest zbudowane z atomów” jest czymś w rodzaju okłamywania dzieci ( en.wikipedia.org/wiki/Lie-to-children ). Każda „rzecz”, która jest znana, jest zbudowana z atomów, ale możemy nazwać wszelkiego rodzaju „rzeczy” i „rzeczy”, które nie są zbudowane z atomów. Nawet ważne. Z jakiego atomu wirują wokół cyklotronu? Rzeczy, które ujawniają ślady w komorze chmury?

— Beanluc

@PhilippeGoulet - tylko jeśli nadmiernie rozszerzysz definicję atomu wodoru do punktu, w którym jest on bez znaczenia. Atomy i gwiazdy neutronowe bardzo się od siebie różnią. Atomy są zasadniczo obiektami kwantowymi, otaczają je chmury elektronów i oddziałują głównie poprzez elektromagnetyzm. Gwiazdy neutronowe są obiektami makroskopowymi, nie mają chmury elektronowej i oddziałują głównie poprzez grawitację. Prawie żadna z zasad, które mają zastosowanie do jednej, nie może być zastosowana do drugiej.

— Florin Andrei

@Beanluc - Używałem wcześniej koncepcji „okłamywania dzieci”, ale nienawidzę tego wyrażenia. Zasadniczo żyjemy we wszechświecie fraktalnym, ponieważ każde wyjaśnienie, które je opisuje, gdy oglądamy je na pewnym poziomie, jest całkowicie „błędne”, gdy nurkuje się na głębszym poziomie szczegółowości. Jednak należy jeszcze wykazać, że istnieje jakikolwiek ostatni poziom szczegółowości, więc dlaczego sugerować, że niższe poziomy są lepsze? Oznacza to, że być może wszyscy jesteśmy „dziećmi”, a wszystko jest „kłamstwem”. Być może to prawda, ale zbyt przygnębiające.

— TED

Odpowiedzi:

Tak, neutrony mogą istnieć poza atomem (lub jądrem). W wolnej przestrzeni neutron rozpadnie się w beta na proton, elektron i antyneutrino w skali czasowej 10 minut. Jednak w gęstych wnętrzach gwiazdy neutronowej elektrony tworzą zdegenerowany gaz, ze wszystkimi możliwymi poziomami energii wypełnionymi do czegoś zwanego energią Fermiego .

Gdy energia Fermiego elektronów przekroczy maksymalną energię dowolnego możliwego elektronu rozpadu beta, rozpad beta jest blokowany, a wolne neutrony stają się stabilne. Tak dzieje się wewnątrz gwiazdy neutronowej, a kończysz na przeważnie neutronach z małą frakcją, być może kilkoma procentami elektronów i protonów.

W zewnętrznych częściach gwiazdy neutronowej protony i neutrony mogą nadal układać się w jądra (ale nie w atomy), ale jądra te są niezwykle bogate w neutrony (normalnie nie istniałyby w naturze) i są stabilizowane jedynie przed rozpadem beta przez proces, który opisałem powyżej. Bardzo zewnętrzna otoczka może składać się z całkowicie zjonizowanych jąder z pikiem żelaza i może znajdować się ultracienka (kilka cm) warstwa rozpoznawalnego zjonizowanego wodoru, helu i węgla (np. Wynn i Heinke 2009 ).

$3 \times 10^{16}$ $^3$

Przy jeszcze większej gęstości makaron rozpuszcza się w zupie składającej się głównie z neutronów z około 1% protonami i elektronami.

Poniższy schemat (od Watanabe i in. 2012 ) pokazuje z grubsza, w jaki sposób te warstwy są ułożone. Należy podkreślić, że jest to oparte na modelowaniu teoretycznym, przy czym teoria staje się mniej pewna, im dalej w gwiazdę neutronową się znajdujesz. Testowanie tych pomysłów obejmuje eksperymenty jądrowe i cząsteczkowe, obserwacje pulsarów, chłodzenia gwiazd neutronowych, rozbłysków promieniowania rentgenowskiego, oszacowania masy i promienia w układach podwójnych, usterki pulsarów itp. Itp. Żadnych szczegółów $2M_{\odot}$

— Rob Jeffries
źródło

@NickEdwards Z pewnością nie. Zdegenerowane neutrony nie mogą blokować tworzenia elektronu rozpadu beta!

— Rob Jeffries

Jaki jest skład koperty? Jądra, które nie są bogate w neutrony?

— Mark Foskey

3 \times 10^{16}

$3 \times 10^{16}$

^{3}

$^3$

@martinargerami Nie można tego zrobić na krótko. Obejmuje to eksperymenty jądrowe i cząsteczkowe, obserwacje pulsarów, chłodzenia gwiazd neutronowych, rozbłysków promieniowania rentgenowskiego, szacunków masy i promienia, usterki itp. Itd. Żadnych szczegółów nie potwierdzono obserwacyjnie, ale powyższy podstawowy obraz pasuje to, co wiemy i jest ogólnie akceptowane, to, co dzieje się w centrum. W szczególności podstawy skorupy oraz obszary płynne n, p, e są dość dobrze teoretycznie zrozumiane.

— Rob Jeffries

@bendl To niewyobrażalne - z powodu imperialnego miksu jednostek :)

— Hagen von Eitzen

Bardziej historyczna / językowa niż fizyczna odpowiedź:

Demokryt zaproponował, że materii nie da się podzielić w nieskończoność, ale w pewnym momencie osiągnie się najmniejszy możliwy kawałek, który nazwał atomos , za „nieoszlifowany”. O ile nam wiadomo, miał całkowitą rację.

Przed około 1930 r. My, współcześni ludzie, przez pomyłkę zastosowali jego słowo „atom” do tego, co wówczas uważaliśmy za najmniejszy element pierwiastka chemicznego, który zachował swoje właściwości, ponieważ nikt nigdy go nie podzielił, a procesy chemiczne zachowywały się tak, jakby były małe niepodzielne cząstki.

Po podzieleniu tego rodzaju „atomu” utknęliśmy na tym słowie. To, co dziś Demokryt nazwał „atomem”, nazwalibyśmy „kwarkiem lub leptonem”, rzeczy, które naszym zdaniem są fundamentalne i nierozdzielne. Ale my też moglibyśmy się mylić, gdyby przyszli fizycy podzielili te rzeczy.

Wszystkie zwykłe rzeczy w naszym życiu - ty, ja, Ziemia, twój dom, jedzenie itp., Są zbudowane z „atomów” w sensie 1920 roku, oddziałując chemicznie, elektrycznie i grawitacyjnie. Nawet Słońce jest zbudowane z atomów, choć w tym przypadku nie są one całkiem niepodzielne, ponieważ łączą się i zmieniają w różne rodzaje.

Niektóre rzadkie i egzotyczne rzeczy we wszechświecie nie są zbudowane z atomów w sensie 1920 roku, jak gwiazdy neutronowe. Chociaż są zbudowane z małych niepodzielnych kwarków i leptonów; atomy w sensie Demokryta.

— Lee Daniel Crocker
źródło