¿Qué tan grande debe ser una estrella de neutrones para tener la misma gravedad que la Tierra?

Para responder a esto de una manera ligeramente diferente. La densidad de la Tierra es de 5.5 x 10 ^ 3 Kg / m ^ 3 y la densidad de la estrella de neutrones está entre 3.7 y 5.9 10 ^ 17 Kg / m ^ 3.

La relación de los dos está entre 5.5 x10 ^ 3 /3.7 x 10 ^ 17 y 5.5 x10 ^ 3 /5.9 x 10 ^ 17 =

1.5 x10 ^ -14 a .93 x 10 ^ -14 (tenga en cuenta que la relación no tiene dimensiones)

Volumen = Masa / Densidad, entonces

V_neutron_star / V_earth = (Masa / Densidad) _neuron_star / (Masa / Densidad) _earth

(Mass_neutron_star / Mass_earth) (Density_neutron_star / Density_earth).

Si tanto la hipotética estrella de neutrones como la Tierra tienen la misma gravedad, deben tener la misma masa, entonces (Mass_neutron_star / Mass_earth) = 1. Por lo tanto, la relación del volumen de esta hipotética estrella de neutrones y la Tierra es

V_neutron_star / V_earth = (Density_neutron_star / Density_earth) =

1.5 x10 ^ -14 a .93 x 10 ^ -14, que es lo mismo que la razón de las densidades.

La Tierra tiene un volumen de aproximadamente 1.1 x 10 ^ 12 Km ^ 3 o, multiplicando el volumen de la tierra por la relación anterior, 1.5 x10 ^ -14 a .93 x 10 ^ -14, da un volumen de aproximadamente 1 × 10 ^ (- 2) Km ^ 3 a 1.6 x 10 ^ (- 2) Km ^ 3, que está entre 1 × 10 ^ 7 m ^ 3 y 1.6 × 10 ^ 7 m ^ 3 (de acuerdo con la respuesta de Walter Brameld).

Aunque me gustan algunas de las otras respuestas mejor que la mía (incluida la de Walter Brameld), el cálculo anterior enfatiza cuánto más pequeña sería la estrella de neutrones (si fuera posible una estrella de neutrones tan pequeña) que la Tierra y tampoco requiere que calcules el valor de 4 pi / 3 o calcular el cubo del radio o saber cuál es el valor de la constante gravitacional G (sin embargo, para calcular el radio de la estrella, debe calcular r = (3V / (4pi)) ^ ( 1/3) para obtener aproximadamente 290 ma aproximadamente 340 m de acuerdo con Walter Brameld, y el diámetro es el doble o 580 ma 680 m).

La gravedad superficial de una estrella de neutrones está determinada (como todo lo demás) por su masa gravitacional dividida por el cuadrado de su radio.

Sin embargo, para tener una estrella de “neutrones”, debe haber un equilibrio entre la desintegración de los neutrones y los procesos de neutrización (o desintegración beta inversa) que forma neutrones a partir de protones y electrones. Esto * requiere * que la densidad de la materia estelar de neutrones sea muy alta, de modo que la descomposición de los neutrones esté bloqueada por la degeneración de los protones y electrones que la acompañan.

Por lo tanto, hay una masa * mínima * para una estrella de neutrones estable, que es considerablemente más baja que la masa de cualquier estrella de neutrones que conozcamos. La masa mínima exacta depende de la ecuación de estado (relación entre presión y densidad) de la materia de neutrones, pero está en el rango de 0.1 a 0.2 veces la masa del Sol.

A estas masas y densidades mínimas, los radios de las estrellas de neutrones serían de unos 200 km (mucho más grandes que las típicas estrellas de neutrones de 1,5 masas solares que se han descubierto). Esta combinación de masa y radio establece la gravedad de superficie mínima que es posible obtener en una estrella de neutrones en $ GM / R ^ 2 = 3.3 \ times 10 ^ {8} $ m / s $ ^ 2 $ (o 30 millones veces la gravedad de la Tierra).

Tal estrella de neutrones nunca podría existir. El neutronio solo es estable cuando está comprimido por las monumentales presiones gravitacionales de las estrellas colapsadas con masas varias veces mayores que las de nuestro Sol.

Por otro lado, todas las estrellas de neutrones (y también los agujeros negros) dieron campos gravitacionales que caen como el cuadrado inverso de la distancia, por lo que a cierta distancia todos tienen la misma aceleración gravitacional que nosotros en la superficie de la Tierra. En principio, podrías construir un caparazón alrededor de uno y vivir fuera de él. Whee ! Pero no caigas en …

Asumamos que podría existir una estrella de neutrones de la masa de la Tierra, por el bien de la pregunta.

Una estrella de neutrones tiene una densidad de entre [matemática] 3.7 \ cdot 10 ^ {17} [/ matemática] y [matemática] 5.9 \ cdot 10 ^ {17} \ frac {kg} {m ^ 3} [/ matemática] según a Wikipedia.

La masa de la Tierra es [matemáticas] 5.972 \ cdot 10 ^ {24} kg [/ matemáticas].

¿Cuál es el volumen de una esfera que es tan densa como una estrella de neutrones y tan masiva como la Tierra?

[matemáticas] V = \ frac {m} {D} [/ matemáticas]

Eso pone el volumen en el rango [matemática] 10.12 \ cdot 10 ^ 6 m ^ 3 [/ matemática] a [matemática] 16.14 \ cdot 10 ^ 6 m ^ 3 [/ matemática].

El volumen y el radio de una esfera están relacionados por esta fórmula:

[matemáticas] V = \ frac {4} {3} \ pi r ^ 3 [/ matemáticas]

Resolviendo por radio:

[matemáticas] r = \ sqrt [3] {\ frac {3V} {4 \ pi}} [/ matemáticas]

Eso produce un radio en el rango de 288 ma 336 m . Imagine una pelota gigante con un diámetro de aproximadamente 5.5 longitudes de campo de fútbol.

Ahora, esto puede no ser exactamente lo que estás preguntando. Todavía tendría que estar a la misma distancia de esta bola que el centro de la Tierra para experimentar la misma aceleración gravitacional [matemática] 9.8 \ frac {m} {s ^ 2} [/ matemática]. Si está preguntando qué tan grande debería ser tener la misma gravedad superficial , ese es otro cálculo completamente. Actualizo esta respuesta más tarde con esa.

Actualizar:

Bien, entonces encontremos el tamaño de una estrella de neutrones que tiene la misma gravedad superficial que la Tierra. La fórmula para el radio de una esfera de una densidad y gravedad superficial dada es la siguiente:

[matemáticas] r = \ frac {3g} {4GD \ pi} [/ matemáticas]

donde [matemática] G [/ matemática] es la constante de gravitación del universo, [matemática] D [/ matemática] es la densidad de la esfera y [matemática] g [/ matemática] es la gravedad de la superficie. Usando nuestro rango de densidad anterior, y una gravedad superficial de [matemática] 9.8 \ frac {m} {s ^ 2}, [/ matemática] obtenemos un radio en el rango de 59 a 95 nano metros . Super pequeño!

El neutronio de materia degenerada del que se compone principalmente una estrella de neutrones requiere miles de millones de g de gravedad para ser estable.

Si no se mantiene unido por esta gravedad extrema, el neutronio se expandiría (explotaría) instantáneamente debido a la poderosa presión externa de la degeneración de electrones. Esta es la razón por la cual las estrellas de neutrones solo pueden existir en un pequeño rango de masas y tamaños: aproximadamente de 10 a 20 km de diámetro y aproximadamente de 1,2 a 3 veces la masa de nuestro Sol.

Una estrella de neutrones con la misma masa o gravedad de superficie que nuestra Tierra no podría existir.

No se puede responder esta pregunta con la información proporcionada. Depende de la densidad de la estrella de neutrones. Recuerde D = M / V. La densidad es igual a la masa dividida por el volumen. Por lo tanto, necesitaría determinar la densidad de la estrella de neutrones, calcular la fuerza gravitacional, luego extrapolar qué tan grande / qué cantidad de la estrella necesita para crear un análogo para la gravedad de la Tierra.

Una estrella de neutrones que tiene un tamaño de menos de unas pocas masas estelares explotaría de inmediato. Entonces no puede haber ninguno con la misma gravedad que la Tierra.

Para tener la misma gravedad que la Tierra, a la misma distancia de su centro, la estrella de neutrones debe tener la misma masa que la Tierra.

Quizás desee que la gravedad de la superficie de la estrella de neutrones sea la misma que la gravedad de la superficie de la Tierra … OK … en términos de densidad, la gravedad de la superficie de un radio de esfera uniforme R es:

[matemáticas] g = \ frac {4 G \ pi R} {3 \ rho} [/ matemáticas]

… resuelve R y busca los números. g = 9.81m / s / s (unidades SI) y [math] \ rho [/ math] sería la densidad promedio de neutronio.

More Interesting

¿Es posible balancear un martillo (como Thor) en gravedad cero e ir en una dirección desde un punto muerto?

Teóricamente, si un agujero negro se traga otro agujero negro, ¿qué pasaría? ¿Se convertiría en un agujero negro aún más grande? ¿Qué pasaría si el agujero negro que tragó girara en la dirección opuesta?

¿Dónde está el punto gravitacional más bajo en la tierra?

¿Por qué parece haber ingravidez (gravedad cero) en las naves espaciales que orbitan alrededor de la Tierra? En una nave espacial geosincronizada, ¿no tendrían esencialmente el mismo peso que si estuvieran en la superficie de la Tierra?

¿La razón por la cual se cree que existe la materia oscura es un malentendido de la gravedad causado por asumir que la masa está centrada en un punto?

¿Se equivoca la ecuación gravitacional de sir Isaac Newton?

Si f = ma, entonces, ¿cómo es que dos objetos de diferente masa alcanzarán el suelo al mismo tiempo?

¿Qué quiere decir Stephen Hawking cuando dice "Debido a que existe una ley como la gravedad, el universo puede y se creará a partir de la nada"?

¿Cuáles son algunos posibles errores sistemáticos en un experimento de aceleración gravitacional?

La fuerza de la gravedad es mayor para los objetos más masivos. ¿Por qué no se aceleran más objetos masivos hacia la Tierra?

En interestelar, ¿qué habría visto Romilly cuando Cooper se acercara al planeta cerca del agujero negro?

¿Un juguete de peonza pesa menos que en reposo?

¿Es la gravedad la fuerza más interesante?

¿Cómo aplican la fuerza los campos?

Si la fuerza entre dos objetos estaba relacionada con el cubo inverso, ¿por qué ya no podrías usar campos gravitacionales?