En el interior de una estrella de neutrones hay un gas casi degenerado de neutrones, protones y electrones. Una estrella de neutrones está hecha principalmente de neutrones, pero no solo está hecha de neutrones.
Ahora, a los neutrones les gustaría descomponerse en protones: son más masivos que los protones, por lo que se desintegran beta con una vida útil de aproximadamente 10 minutos en el espacio libre, emitiendo un electrón, un protón y un antineutrino. Dentro de un núcleo ordinario, los neutrones a veces también se desintegran, pero la vida útil de esas desintegraciones tiene un rango muy amplio de valores, dependiendo de las funciones de onda nuclear. Sin embargo, en términos generales, las vidas naturales de los neutrones unidos en los núcleos beta inestables son más largas que la vida en el espacio libre del neutrón, y en algunos casos son mucho, mucho más. La desintegración del espacio libre del neutrón es lo que se conoce como una desintegración de Fermi súper permitida en física nuclear: la superposición de la función de onda para la desintegración es ideal.
Pero dentro de una estrella de neutrones, ya hay protones y electrones alrededor: de hecho, hay un gran número de protones y electrones alrededor. Esto inhibe la descomposición de los neutrones, ya que, debido al principio de exclusión de Pauli, no hay dos electrones ni dos protones que puedan ocupar el mismo estado cuántico.
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Por lo tanto, casi todos los estados de los protones y electrones ya están ocupados, hasta el nivel de Fermi, y la descomposición del neutrón en el protón está muy suprimida. Por supuesto, hay algo de temperatura, por lo que no todos los estados de protones y electrones por debajo del nivel de Fermi ya están ocupados, hay algunos agujeros en la distribución. Pero las temperaturas no son tan altas, y las densidades ya son tan altas, que la descomposición de neutrones todavía está muy suprimida.
En cambio, las cosas van para otro lado cuando se está formando una estrella de neutrones. Los protones tienden a descomponerse en neutrones, y los neutrinos transportan energía fuera de la estrella, lo que permite que la estrella colapse aún más en el pozo de gravedad y se caliente más.
Todo esto sucede porque todo en una estrella de neutrones se mantiene en su lugar por la gravedad.
En un núcleo normal es un asunto muy diferente. Muy a menudo es posible que los neutrones se descompongan dentro de un núcleo normal, si el núcleo resultante se unirá más firmemente que el original. Esto sucede para muchos nucleidos, especialmente cuando hay demasiados neutrones en el núcleo. También puede ir para otro lado: los protones también pueden descomponerse dentro de un núcleo, creando un positrón, un neutrón y un neutrino.
Pero en este caso de la desintegración beta ordinaria, los electrones o positrones que se crean en la desintegración pueden ir al continuo. No hay electrones allí para bloquearlos. Los electrones atómicos, si los hay, tienen muy poca energía. Entonces, nada bloquea la desintegración, y también hay un estado para que el protón entre en el núcleo final que se forma. Así ocurre la descomposición.
Entonces, es la gravedad la que marca la diferencia.
