Из какого атома сделана нейтронная звезда?

Я понял, что все сделано из атомов .

Атом - это самая маленькая составная единица обычной материи, которая обладает свойствами химического элемента. Каждое твердое тело, жидкость, газ и плазма состоят из нейтральных или ионизированных атомов

Однако с нейтронными звездами ;

базовые модели для этих объектов предполагают, что нейтронные звезды почти полностью состоят из нейтронов, которые являются субатомными частицами

Означает ли это, что нейтроны могут существовать вне атома, и что нейтронная звезда не состоит из элемента, который можно узнать в периодической таблице?

neutron-star

— Джеймс Вуд
источник

Не все состоит из атомов. Ключевым моментом здесь является то, что нейтронные звезды не состоят из «обычной материи», упомянутой в первом определении. Это совсем другой и «особый» вид вещества, которое состоит в основном из нейтронов с кучей других вещей, упакованных в них. Да, нейтроны могут существовать вне атома; они нестабильны, если они свободны; они стабильны внутри нейтронной звезды. Нейтронная звезда не состоит из какого-либо «элемента», который подпадает под категорию «обычного вещества», и это не так. Это разные вещи.

— Флорин Андрей

@ florin-andrei Является ли нейтронная звезда "100% минус один нейтрон" с одним протоном изотопом водорода?

— Филипп Гуле

Идея о том, что «все состоит из атомов», является чем-то вроде лжи детям ( en.wikipedia.org/wiki/Lie-to-children ). Каждая знакомая «вещь» состоит из атомов, но мы можем назвать все виды «вещей» и «вещей», которые не состоят из атомов. Даже материя. Из какого атома вращается вещество внутри циклотрона? Вещи, которые показывают твои камеры в облаке?

— Beanluc

@PhilippeGoulet - только если вы чрезмерно расширили определение атома водорода до такой степени, что это бессмысленно. Атомы и нейтронные звезды сильно отличаются друг от друга. Атомы, по сути, являются квантовыми объектами, окружены облаком электронов и взаимодействуют в основном посредством электромагнетизма. Нейтронные звезды являются макроскопическими объектами, не имеют электронного облака и взаимодействуют в основном посредством гравитации. Почти ни одно из правил, применимых к одному, не может быть применено к другому.

— Флорин Андрей

@Beanluc - я использовал эту концепцию «лжи детям» раньше, но я ненавижу эту фразу за это. По сути, мы живем во фрактальной вселенной, поскольку любое объяснение, которое описывает его при взгляде на определенный уровень, совершенно «неверно», когда вы погружаетесь на более глубокий уровень детализации. Тем не менее, покажется, что есть какой-то окончательный уровень детализации, так почему же более низкие уровни лучше? Это означает, что мы, пожалуй, все "дети", а все - "ложь". Возможно, правда, но слишком удручает.

— TED

Ответы:

Да, нейтроны могут существовать вне атома (или ядра). В свободном пространстве нейтрон будет бета-распадаться на протон, а электрон и антинейтрино - в течение 10 минут. Однако в плотных недрах нейтронной звезды электроны образуют вырожденный газ со всеми возможными энергетическими уровнями, заполненными до уровня, называемого энергией Ферми .

Как только энергия Ферми электронов превышает максимальную энергию любого возможного электрона бета-распада, бета-распад блокируется, и свободные нейтроны становятся стабильными. Это то, что происходит внутри нейтронной звезды, и в итоге вы получаете в основном нейтроны с небольшой долей, возможно, несколько процентов электронов и протонов.

Во внешних частях нейтронной звезды протоны и нейтроны могут все еще образовывать ядра (но не атомы), но эти ядра чрезвычайно богаты нейтронами (они обычно не существуют в природе) и стабилизируются только от бета-распада процесс, который я описал выше. Сама внешняя оболочка может состоять из полностью ионизованных ядер пиковых железных элементов и может иметь ультратонкий (несколько см) слой распознаваемого ионизированного водорода, гелия и углерода (например, Wynn & Heinke 2009 ).

$3 \times 10^{16}$ $^3$

При еще более высокой плотности паста растворяется в супе, состоящем в основном из нейтронов с примерно 1 процентом протонов и электронов.

Диаграмма ниже (из Watanabe et al. 2012 ) показывает, как эти слои расположены. Следует подчеркнуть, что это основано на теоретическом моделировании, когда теория становится менее уверенной по мере продвижения в нейтронную звезду. Проверка этих идей включает в себя ядерные эксперименты и эксперименты с частицами, наблюдения пульсаров, охлаждения нейтронных звезд, рентгеновских вспышек, оценки массы и радиуса в двойных системах, сбои пульсаров и т. Д. И т. Д. Ни одна из деталей $2M_{\odot}$

— Роб Джеффрис
источник

@NickEdwards Я, конечно, нет. Вырожденные нейтроны не могут блокировать создание бета-распада электрона!

— Роб Джеффрис

Какой состав конверта? Ядра, которые не богаты нейтронами?

— Марк Фоски

3 \times 10^{16}

$3 \times 10^{16}$

^{3}

$^3$

@martinargerami Это невозможно сделать кратко. Он включает в себя ядерные эксперименты и эксперименты с частицами, наблюдения за пульсарами, охлаждение нейтронной звезды, рентгеновские вспышки, оценки массы и радиуса, глюки и т. Д. И т. Д. Ни одна из деталей не была подтверждена наблюдениями вне споров, но основная картина, приведенная выше, не соответствует что мы знаем и общепринятым баром, что происходит в центре. В частности, основы коры и n, p, e флюидных областей довольно хорошо изучены теоретически.

— Роб Джеффрис

@bendl Это невообразимо - из-за соединения имперских юнитов :)

— Хаген фон

Более исторический / лингвистический, чем физический ответ:

Демокрит предположил, что материя не может быть разделена бесконечно, но в какой-то момент человек достигнет наименьшего возможного фрагмента, который он назвал атомосом , для «неразрезанного». Насколько мы знаем, он был совершенно прав.

До 1930 года или около того мы, современные люди, ошибочно применяли его слово «атом» к тому, что мы тогда видели как наименьший кусок химического элемента, который сохранил свои свойства, потому что никто никогда не подразделял его, и химические процессы вели себя так, как будто они были маленькими. неделимые частицы.

После того, как этот «атом» раскололся, мы застряли на слове. То, что Демокрит сегодня назвал «атомом», мы бы назвали «кварком или лептоном», вещи, которые мы считаем фундаментальными и не разделяемыми. Но и в этом мы можем ошибаться, если будущие физики разделят эти вещи.

Все обычные вещи в нашей жизни - вы, я, Земля, ваш дом, ваша еда и т. Д. - сделаны из «атомов» в смысле 1920 года, взаимодействуя химически, электрически и гравитационно. Даже Солнце состоит из атомов, хотя в этом случае они не совсем неразделимы, потому что они сливаются и превращаются в разные виды.

Некоторые редкие и экзотические вещи во Вселенной не состоят из атомов в смысле 1920 года, как нейтронные звезды. Хотя они сделаны из маленьких неделимых кварков и лептонов; атомы в смысле Демокрита.

— Ли Дэниел Крокер
источник