¿De qué están hechas realmente las estrellas de neutrones? ¿Y qué si un pedazo de ellos es traído a la tierra, cómo reaccionaría con el medio ambiente?

Las estrellas de neutrones están hechas de las cosas que llevan su nombre: neutrones. Los neutrones son partículas subatómicas que viven en los núcleos de los átomos.

Cuando una estrella se queda sin combustible para quemar, ya no puede soportar su propio peso con la fusión nuclear y, por lo tanto, comienza a colapsarse. Si la masa de la estrella está entre 1,5 y 3 masas solares, entonces la presión gravitacional es tan fuerte que fusionará los electrones en el átomo en los protones, para formar neutrones. Una vez que se forman suficientes neutrones en la estrella, equilibran la presión gravitacional mediante la presión de degeneración cuántica. (Usted puede leer más aquí.)

La segunda parte de la pregunta es complicada. Es prácticamente imposible en el futuro previsible sacar una bola de una estrella de neutrones, ya que tienen una temperatura de superficie de aproximadamente 100.000 ° C. Pero incluso si de alguna manera pudiéramos extraerles una pequeña cantidad de masa (es decir, no una gran cantidad que cause algunos efectos gravitacionales en la Tierra), no tendrá ningún efecto significativo en la atmósfera de la Tierra.

Ceniza nuclear

Lo que haces en los cálculos de estrellas de neutrones es especificar la presión, la temperatura y la fracción de electrones, y luego averiguar cuál es el material nuclear más estable en esas condiciones. A baja presión, baja temperatura, la respuesta resulta ser núcleos de hierro.

A medida que aumenta la presión y la temperatura, el material nuclear más estable cambia. Una vez que aumenta la presión, los núcleos de hierro se fusionan y forman material de neutrones. Luego, a medida que aumenta más las cosas, no estamos seguros de lo que sucede, pero podría convertirse en sopa de quark.

Hice cálculos de supernova y para esos cálculos, traté el comportamiento del asunto como una caja negra. Alguien más hizo cálculos nucleares para descubrir qué haría el asunto, y si desea hacer sus propios cálculos, aquí está el código fortran

Sitio web de Lattimer-Swesty EOS

Aquí hay media docena más

Microfísica: ecuación de estado

Como mi interés no era la materia nuclear, usé diferentes “cajas negras” para ver si harían la diferencia. Realmente no hicieron tanta diferencia. La razón es que las partes realmente desconocidas de la EOS están en el centro de la estrella de neutrones y eso no hace mucho en la explosión.

Si tomas material de estrella de neutrones y luego lo traes a la tierra, * probablemente * se descompondrá en hierro una vez que elimines la presión. Digo probablemente porque hay una posibilidad (y no creo que sepamos lo suficiente como para estar seguros) de que terminará en un estado estable que no sea hierro (piense en los diamantes).

Me referiré a los doctorados pero …

1. Neutronium. El material más denso posible. En una molécula o átomo normal, hay espacio, bastante relativamente hablando, entre el núcleo atómico y la capa de electrones. El neutronio se ha comprimido hasta el punto de que las capas de electrones se han colapsado, los núcleos están todos juntos.

2. Se hundiría. Justo a través de la mesa, el piso, la corteza, hasta el núcleo del planeta. Esto es denso. Una partícula de tamaño razonable, digamos grano de arena, tendría una masa igual a una porción significativa de la Tierra misma. No puedo imaginar los efectos de las mareas, pero apuesto a que no serían bonitos.

EDITAR: Un ingenioso YouTube sobre Thor’s Hammer y neutronio:

“Una parte de él” no sobreviviría una vez retirado de la estrella de neutrones y, por lo tanto, no podrá transportarlo a la Tierra. Una estrella de neutrones está muy caliente (como millones de grados Kelvin) y se mantiene unida solo por gravedad: los neutrones realmente no se unen por fuerzas nucleares, y los núcleos de hierro que hacen que la corteza estelar de neutrones también se sientan mucho más cómodos a distancias mucho mayores. de cada uno. Una vez que retire un pedazo de una estrella de neutrones (y, por lo tanto, elimine la presión gravitacional que lo mantiene unido), comenzará a expandirse inmediatamente como lo haría cualquier bola de gas caliente. Y los neutrones son bastante penetrantes, por lo que tienes pocas esperanzas de construir un contenedor que mantenga ese gas adentro, especialmente porque (recuerdo) que realmente hace mucho calor.

Transportar toda la estrella de neutrones a la Tierra solo para comprobar cómo reaccionaría con el medio ambiente tampoco sería una buena idea: las fuerzas de marea destruirán el planeta y los restos eventualmente caerán sobre la superficie de la estrella de neutrones, haciéndolo ligeramente más pesado

Aunque esto es probablemente un hecho, los datos indirectos apuntan fuertemente a que el asunto está compuesto casi por completo de neutrones.

Piense en los átomos como algo así como una red de arañas tejedoras de orbes. Ocupa mucho espacio, pero pesa casi nada, en términos relativos. Ahora, colapsar la red hacia abajo y comprimirla en una bola lo más fuerte que puedas. Así es como nuestras observaciones muestran cómo es el material en una estrella de neutrones. Una cucharadita tendrá una cantidad significativa de gravedad fácilmente medible, eso es bastante bueno.

• Escenario I: si hipotéticamente, pones una cucharadita de este material denso en la tierra, si está encapsulado en algún material mítico que usa algo diferente a la fuerza electromagnética para crear una barrera que evite que se difunda (solo por diversión aquí) … sería eso colapsaría en la tierra hasta que alcance su capa de densidad. Es muy probable que este sea el centro de la tierra.
• Escenario II: Algunos de ellos encontrarían su camino hacia los núcleos: se recombinaría y volvería a ocupar espacio. Dependiendo de qué tan rápido ocurriera esto, el nivel de apocalipsis variaría. Teniendo en cuenta cuántos neutrones están empaquetados con la fuerza de gravedad de la estrella de neutrones, es muy poco probable que salgamos ilesos. Me imagino que algo como una bomba a escala global estallando …
• El neutrón no debe ser estable durante más de aproximadamente 10 minutos. Por lo tanto, el material ni siquiera haría el viaje, incluso si se transportara a la velocidad de la luz.
• En cantidades mucho más pequeñas, aparte de la desintegración beta y una gran variedad de isótopos exóticos producidos … Nada devastador sucedería, pero dado que se trata de 2 kilómetros cúbicos o más de material terrestre … Dejemos tanta energía térmica en su imaginación. Pero no recomendaría comprar bienes raíces en el planeta después 😉

Bueno, depende de qué parte de la estrella mires realmente. Supongo que la respuesta general es que están hechos de materia corriente.

La corteza externa está formada por núcleos pesados ​​(probablemente principalmente hierro en la superficie) y degenerados (lo que significa que han dejado de obedecer el principio de exclusión), electrones relativistas (lo que significa que tienen una energía realmente alta). A medida que profundices, los núcleos serán más ricos en neutrones. Esta corteza puede ser una red sólida o más como un fluido, dependiendo de la temperatura. Esta capa baja hasta que la densidad es alrededor de [matemática] 4 × 10 ^ {14} kg / m ^ 3 [/ matemática].

La corteza interna está formada por núcleos más pesados, un “superfluido” (un fluido que se comporta como si su viscosidad fuera cero) de neutrones libres (estos tipos comenzaron a salir de sus núcleos) y más electrones. Esta capa dura hasta que la densidad es alrededor de la densidad de un núcleo, en cuyo punto los núcleos se disuelven.

Debajo de la corteza interna habría una mezcla de neutrones superfluidos, algunos protones superfluidos y más electrones.

Finalmente, puede haber un núcleo formado por piones y mesones, quarks o posiblemente magia.

Tenga en cuenta que todo esto se basa en cálculos matemáticos. En realidad, no hemos medido lo suficiente sobre las estrellas de neutrones para saber con certeza cómo se ve la composición.

En cuanto a la segunda parte … si tomaste una cucharada del material y lo moviste a la Tierra. Para empezar, eso está bastante bueno. Del orden de un millón de Kelvin (si es muy joven, podría ser de hasta un billón de Kelvin), que es bastante más caliente que la superficie del Sol. Probablemente haya un poco de radiación asociada con él, es el punto al que estoy llegando, porque esa energía tiene que disiparse.

Lo divertido es que ya no podría ser el tipo de material que ves en las estrellas de neutrones. La fuerza gravitacional ya no sería suficiente para superar el principio de exclusión. Mi conjetura es que probablemente se expandiría con bastante rapidez a medida que la física se reafirmara, todo se uniría a los átomos (o las partículas se irían a gran velocidad y bombardearían todo). Esa densidad que di arriba es aproximadamente 50 mil millones de veces la densidad del hierro normal a temperatura ambiente. Entonces, eso podría darle la idea del tipo de propagación que ese asunto tendrá que hacer. Pase lo que pase, tu bola de estrella de neutrones no puede quedarse así.

Afortunadamente, un metro cúbico de las cosas aún no sería tan comparable con la masa / volumen de la Tierra. La Tierra pesa alrededor de [matemática] 6 × 10 ^ {24} kg [/ matemática], por lo que probablemente no habría mucha distorsión gravitacional grave. Entonces, al menos tienes eso.

Las estrellas de neutrones se componen de neutrones que están tan densamente empaquetados que todos los electrones han sido despojados. La masa de una cucharadita pesaría mil millones de toneladas. Poner una pieza en la tierra afectaría el medio ambiente solo en la medida en que cambió la masa de la Tierra. Una pieza grande cambiaría la órbita de la luna y la órbita de la Tierra alrededor del sol y causaría perturbaciones en las órbitas de los otros planetas, una pieza más pequeña no tanto.

Se le conoce como “neutronio” o “neutronio degenerado”. Solo un nombre.

No, no es un elemento. Aunque es divertido considerar que una estrella de neutrones es un núcleo gigante con un gran peso atómico y un número atómico aproximadamente (en relación con el peso) cero.

Las estrellas de neutrones se denominan hoy estrellas compactas, con el fin de enfatizar que están hechas necesariamente de neutrones. Están hechos de materia bariónica empaquetada a muy, muy altas densidades.

Hoy se sabe que la materia bariónica puede existir en algunas fases diferentes (como el agua, que también puede aparecer como hielo o vapor). Los protones y neutrones habituales (y la materia nuclear común) son solo una de las posibles fases de la materia bariónica.

Las capas externas de la estrella compacta están probablemente hechas de neutrones empaquetados a densidades similares a las de la materia nuclear. Las capas internas, por otro lado, pueden estar en la llamada fase de plasma de quark-gluón o incluso en fases más exóticas como las llamadas fases superconductoras de color.