Aunque las estrellas de neutrones consisten principalmente en neutrones, ¿por qué tienen campos magnéticos tan fuertes?

A2A: bien las respuestas existentes, solo agregaré que las estrellas de neutrones tienen mucha densidad de carga, debido a un pequeño porcentaje de contenido de protones + electrones en equilibrio “químico” con neutrones. El punto es que los neutrones se descomponen en electrones y protones + neutrinos que escapan, hasta que en equilibrio el protón Fermi sea se llena lo suficientemente alto como para que la energía de Fermi en el potencial químico equilibre la diferencia de masa m_n – m_p. Dependiendo de la densidad (que varía con el tamaño de la estrella y la ubicación dentro de ella), el contenido de protones es del orden del 10%, con la misma densidad de electrones para la neutralidad de carga. Esto es muy conductivo, al igual que los iones positivos y negativos en el agua de mar. De hecho, es superconductor, ya que se espera que los protones como los neutrones sean superfluidos. Chandra de la NASA encuentra superfluido en el núcleo de la estrella de neutrones

Por lo tanto, los fuertes campos magnéticos se conservan y amplifican en el colapso estelar, y luego se excluyen principalmente del núcleo de la estrella por el efecto Meissner a las capas externas donde los protones no son superfluidos (con complicaciones adicionales debido a los tubos de flujo, etc.) El campo se mantiene mediante corrientes superconductoras en el interior.

Hay una gran investigación y literatura de libros de texto sobre todo esto, para un resumen aleatorio accesible para los no expertos, ver por ejemplo Superfluidez y Superconductividad en estrellas de neutrones

Parece haber una idea errónea. Los neutrones no tienen carga eléctrica, pero tienen un momento dipolar magnético. Los objetos que son eléctricamente neutros pueden tener un dipolo magnético. Por ejemplo, la Tierra es eléctricamente neutra (como lo son casi todos los objetos macroscópicos), pero tiene un campo magnético de 400 mG.

Las estrellas de neutrones tienen fuertes campos magnéticos porque son pequeñas. El plasma, como el material en los núcleos de las estrellas, puede arrastrar campos magnéticos porque consisten en materia cargada y que se mueve rápidamente a pequeñas escalas. Cuando una estrella colapsa en una estrella de neutrones, arrastra su campo magnético junto con ella. La densidad de energía del campo magnético es como [matemática] U = \ frac {B ^ {2}} {2 \ mu_ {0}} \ sim \ frac {E} {V} = \ frac {3 E} {4 \ pi R ^ {3}} \ rightarrow B \ sim R ^ {- 3/2} [/ math]. Entonces, si una estrella masiva con [matemática] B = 200 ~ \ text {G} [/ math] y [math] R = 2 ~ \ text {R} _ {\ odot} [/ math] (como WR 6 [1 ]) colapsó desde su radio actual en una estrella de neutrones con un radio de [math] 10 ~ \ text {km} [/ math], estimaríamos que su campo magnético debería ser mejorado por un factor de [math] \ sim5 \ times10 ^ {7} [/ matemática] a [matemática] 10 ^ {10} ~ \ text {G} [/ matemática]. No es casualidad que este valor se encuentre alrededor de lo que esperamos para los campos magnéticos de púlsar [2]. Así es como las estrellas de neutrones obtienen sus campos magnéticos en primer lugar.

[1] http://arxiv.org/pdf/1603.01441v …

[2] Es cierto que en el lado bajo: teoría de las magnetosferas de estrellas de neutrones

Cada estrella tiene un campo magnético. Como en el caso del sol, la intensidad de los campos magnéticos estelares es bastante baja. Una razón importante para esto es que el campo magnético se extiende sobre millones y millones de kilómetros cuadrados de superficie. Sin embargo, si una estrella de dimensiones solares se derrumba en una estrella de neutrones, su área de superficie se reduciría (en este caso típico) un factor de 10 ^ 9. Dado que el campo magnético ahora se concentra en una milmillonésima parte del área original, su fuerza aumenta en mil millones.

Ref: Ch. 23, “Universe”, William J. Kauffman III, WH Freeman & Company, 1985.

La respuesta está probablemente en sus velocidades de rotación excesivas. Hay algo de carga (protones) en y cerca de la superficie, que gira rápidamente debido a la rotación de la estrella de neutrones. Sin embargo, existe alguna duda de que la cantidad típica de flujo magnético en una estrella (que debería conservarse como máximo en la evolución a una estrella de neutrones) es suficiente para explicar los campos magnéticos más fuertes alrededor de las estrellas de neutrones, llamado sistema magnetar.

No tienen que ser enteramente neutrones. Son conductores por la misma razón que los metales: los electrones pueden moverse en lugar de estar encerrados en orbitales atómicos o moleculares.