¿Cuál es el límite de Chandrasekhar y en qué se basa?
El límite de Chandrasekhar es la masa máxima de una estrella enana blanca estable. Estable, en este caso, se refiere al equilibrio hidrostático, un equilibrio entre la fuerza térmica externa y la fuerza gravitacional interna.
El límite de Chandrasekhar se basa en un efecto mecánico cuántico que surge del principio de exclusión de Pauli, llamado presión de degeneración de electrones. El principio de exclusión de Pauli dice que los electrones nunca pueden ocupar el mismo estado; más bien, deben ocupar una banda de niveles de energía. Uno puede ver un electrón como un gas, ya que es una concepción razonablemente precisa de su naturaleza dual: partículas y ondas. Cuando las estrellas alcanzan las etapas finales de su ciclo, su presión de radiación se desvanece y su atracción gravitacional domina. Esto inclina el equilibrio hidrostático, y si la estrella es lo suficientemente masiva, puede comprimir sus átomos a un nivel que los electrones puedan ingresar a los núcleos a través del proceso de captura de K.
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Esta compresión tiene lugar solo cuando la masa de la estrella excede el límite de Chandrasekhar. Su valor numérico es 2.765 [matemática] \ veces [/ matemática] 10 [matemática] ^ {30} [/ matemática] kilogramos o aproximadamente 1.4 M [matemática] _ {☉} [/ matemática] (masa solar).
¿Cómo se calcula el límite de Chandrasekhar?
Se puede tratar de calcular el límite de Chandrasekhar utilizando una ecuación termodinámica que relacione las variables de estado. Pero este es un caso no relativista debido a que no tiene en cuenta las consecuencias de que los electrones se acerquen a la velocidad de la luz.
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Figura : Se puede ver que el caso no relativista no produce un resultado, ya que no tiene en cuenta la masa relativista de los electrones.
La evaluación detallada de las variables de estado [1], como se puede ver en el gráfico que se muestra arriba, establece el límite en 1,4 veces la masa del Sol.
¿Cuál es su significado en astrofísica?
Dado que la vida de una estrella se caracteriza por la fisión termonuclear, el límite de Chandrasekhar juega un papel crucial en el estudio de las estrellas.
- Estrellas de neutrones: si una estrella de secuencia principal no arroja suficiente masa para transformarse por debajo de este límite, se convierte en una estrella de neutrones; La presión de degeneración de electrones no es suficiente para evitar que esta estrella se colapse. Curiosamente, esta disminución en la energía potencial gravitacional libera mucha energía [2], a menudo en el orden de 10 [matemáticas] ^ {46} [/ matemáticas] Julios.
- Vida: el límite de Chandrasekhar también se conoce como el umbral que hace posible la vida [3]. Los elementos más pesados (que el hidrógeno y el helio), esenciales para la vida, como el carbono, el oxígeno y el nitrógeno quedan atrapados para siempre en las estrellas si no fuera por las explosiones de supernovas. Para que se formen planetas rocosos, se requiere que saque suficiente material rocoso al universo y tales estrellas pueden entregar ese material en cantidades considerables, a través de supernovas.
De hecho, Subrahmanyan Chandrasekhar recibió un Premio Nobel de física por sus amplios conocimientos sobre astrofísica.
Notas al pie
[1] Las configuraciones altamente colapsadas de una masa estelar
[2] [astro-ph / 0405262] La física de las estrellas de neutrones
[3] El límite de Chandrasekhar: el umbral que hace posible la vida