З якого атома складається нейтронна зірка?

Я зрозумів, що все зроблено з атомів .

Атом - найменша складова одиниця звичайної речовини, яка має властивості хімічного елемента. Кожна тверда речовина, рідина, газ і плазма складаються з нейтральних або іонізованих атомів

Однак з нейтронними зірками ;

основні моделі цих об'єктів означають, що нейтронні зірки майже повністю складаються з нейтронів, які є субатомними частинками

Чи означає це, що нейтрони можуть існувати поза атома, і що нейтронна зірка не складається з елемента, розпізнаваного в періодичній таблиці?

neutron-star

— Джеймс Вуд
джерело

Не все складається з атомів. Ключовим тут є те, що нейтронні зірки не складаються з "звичайної матерії", згаданої в першому визначенні. Це зовсім інший і "особливий" вид матерії, який складається в основному з нейтронів з купою інших речей, запакованих. Так, нейтрони можуть існувати поза атома; вони нестабільні, якщо вільні; вони стабільні в межах нейтронної зірки. Нейтронна зірка не складається з жодного "елемента" - це підпадає під категорію "звичайна матерія", і це не все. Це різні речі.

— Флорін Андрій

@ florin-andrei Чи буде "100% мінус одна нейтронна" нейтронна зірка з одним протоном ізотопом водню?

— Філіп Гуле

Поняття, що "все складається з атомів" - це щось неправдиве дітям ( en.wikipedia.org/wiki/Lie-to-children ). Кожна знайома «річ» складається з атомів, але ми можемо назвати всілякі «речі» та «речі», які не складаються з атомів. Навіть матерія. З якого атома складається речовина, що крутиться всередині циклотрона? Те, що виявляє ваш трек із хмарних камер?

— Beanluc

@PhilippeGoulet - лише якщо ви занадто розширите визначення атома водню до тієї точки, коли це безглуздо. Атоми та нейтронні зірки сильно відрізняються один від одного. Атоми, по суті, є квантовими об'єктами, мають навколо себе хмару електронів і взаємодіють здебільшого за допомогою електромагнетизму. Нейтронні зірки - це макроскопічні об'єкти, не мають електронної хмари і взаємодіють здебільшого через гравітацію. Майже жодне з правил, що стосуються одного, не може бути застосоване до іншого.

— Флорін Андрій

@Beanluc - Я раніше використовував це поняття "брехня дітей", але ненавиджу цю фразу за це. Ми, по суті, живемо у фрактальній всесвіті, так як будь-яке пояснення, яке описує його при перегляді на певному рівні, є абсолютно "неправильним", коли ви заглиблюєтесь до більш глибокого рівня деталізації. Поки ще не доведено, що існує будь-який кінцевий рівень деталізації, то чому ж розуміти, що нижчі рівні краще? Це означає, що ми, мабуть, всі "діти", і все це "брехня". Можливо, правда, але занадто гнітюче.

— ТЕД

Відповіді:

Так, нейтрони можуть існувати поза атомом (або ядром). У вільному просторі нейтрон буде бета розпадатися на протон, а електрон і антинейтрино на часовій шкалі 10 хвилин. Однак у щільних інтер'єрах нейтронної зірки електрони утворюють вироджений газ із усіма можливими рівнями енергії, заповненими на щось, що називається енергією Фермі .

Як тільки енергія Фермі електронів перевищує максимальну енергію будь-якого можливого бета-розпадного електрона, тоді бета-розпад блокується і вільні нейтрони стають стабільними. Це відбувається всередині нейтронної зірки, і ви закінчуєтесь переважно нейтронами з невеликою часткою, можливо, декількома відсотками електронів і протонів.

У зовнішніх частинах нейтронної зірки протони і нейтрони все ще можуть розташовуватися в ядрах (але не атомах), але ці ядра надзвичайно багаті нейтронами (вони зазвичай не існують у природі) і стабілізуються лише проти бета-розпаду шляхом процес, який я описав вище. Сама зовнішня оболонка може складатися з повністю іонізованих залізо-пікових елементів ядра і може бути ультратонкий (кілька см) шар розпізнаваного іонізованого водню, гелію та вуглецю (наприклад, Wynn & Heinke 2009 ).

Як тільки щільність досягає приблизно кг / м нейтронам і протонам стає більш сприятливим впорядкування в "макроядра" - довгі струни та аркуші ядерного матеріалу, розмовно відомі як ядерні макарони . $3 \times 10^{16}$ $^3$

При більш високій щільності макарони розчиняються в супі з переважно нейтронів з приблизно 1 відсотком протонів і електронів.

Діаграма нижче (від Watanabe et al. 2012 ) приблизно показує, як розташовані ці шари. Слід підкреслити, що це ґрунтується на теоретичному моделюванні, оскільки теорія стає менш певною, чим далі в нейтронну зірку ви йдете. Тестування цих ідей включає ядерні експерименти з частинками, спостереження пульсарів, охолодження нейтронних зірок, рентгенівські вибухи, оцінки маси та радіусу в двійкових системах, пульсарні глюки тощо, тощо. Жодна з деталейбули спостережно підтверджені поза суперечками, але основна картина нижче відповідає тому, що ми знаємо. Зокрема, земна кора і n, p, e ділянки рідини добре розуміються в теорії. Деталі фаз ядерних макаронних виробів досі є предметом багатьох теоретичних робіт, як і деталі надлишковості у внутрішніх приміщеннях, а також те, що відбувається в самих центральних регіонах (тверде ядро нейтронів, додаткові адронічні фази, конденсація бозону, речовина кварків ) все ще теоретично важко і спостережно не перевірено, за винятком можливо сказати, що найм'якші рівняння стану були виключені існуванням нейтронних зірок. $2M_{\odot}$

— Роб Джеффріс
джерело

@NickEdwards я, звичайно, ні. Вироджені нейтрони не можуть блокувати створення бета-розпадного електрона!

— Роб Джеффріс

Який склад конверта? Ядра, які не багаті нейтронами?

— Марк Фоскі

Я думаю, що людям, новачкам у фізиці, добре спробувати і уявити деякі величезні числа. У цьому випадку кг / м приблизно така сама, як маса всіх людей у світі, стиснута в один кубічний дюйм

3 \times 10^{16}

$3 \times 10^{16}$

^{3}

$^3$

— bendl

@martinargerami Це неможливо зробити коротко. Він включає ядерні експерименти з частинками, спостереження пульсарів, охолодження нейтронних зірок, рентгенівські вибухи, оцінки маси та радіусу, глюки тощо, тощо. Жодна з деталей не була спостережно підтверджена поза суперечками, але основна картина вище відповідає те, що ми знаємо, і є загальноприйнятим баром, що відбувається в центрі. Зокрема, основи кори і n, p, e областей рідини досить добре зрозумілі теоретично.

— Роб Джефріс

@bendl Це неможливо - через мікс імперської одиниці :)

— Хаген фон Ейтцен

Більш історична / мовна, ніж фізична відповідь:

Демокрит запропонував, що матерія не може бути розділена нескінченно, але в якийсь момент людина може досягти найменшого можливого шматка, який він назвав атомосом , "нерозрізаним". Наскільки ми знаємо, він був абсолютно правильний.

До 1930 року або близько того, ми, сучасні люди, помилково застосовували його слово «атом» до того, що ми тоді розглядали як найменший шматочок хімічного елемента, який зберігав його властивості, тому що ніхто його ніколи не підрозділяв, а хімічні процеси вели себе так, ніби це були маленькі неподільні частинки.

Після того, як такий "атом" розколовся, ми застрягли в цьому слові. Те, що сьогодні Демокріт назвав "атомом", ми би назвали "кварком або лептоном" - речі, які, на нашу думку, є основоположними і не можуть бути розділеними. Але ми можемо помилитися і там, якщо майбутні фізики розділять це.

Всі звичайні речі в нашому житті - ви, я, Земля, ваш будинок, ваша їжа тощо, складаються з "атомів" у сенсі 1920 року, взаємодіючи хімічно, електрично та гравітаційно. Навіть Сонце складається з атомів, хоча в цьому випадку вони не зовсім нерозбірні, тому що вони зливаються і змінюються на різні види.

Деякі рідкісні та екзотичні речі у Всесвіті не мають атомів у сенсі 1920 року, як нейтронні зірки. Хоча вони зроблені з невеликих нероздільних кварків та лептонів; атоми в сенсі Демокріта.

— Лі Даніел Крокер
джерело