Un cucchiaio di una stella di neutroni rimarrebbe intatto?


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Ho sentito la gente dire che un cucchiaio di stella di neutroni peserebbe oltre un miliardo di tonnellate. Se mai potessimo prenderne un cucchiaio, ne rimarrebbe intatto con la stessa densità?

Risposte:


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Se prendiamo materiale stellare di neutroni e in qualche modo lo trasportiamo da qualche parte per l'esame (diciamo la Terra!), I risultati sarebbero catastrofici. Ad esempio una densità di kg / m 3 i neutroni hanno una densità numerica di 6 × 10 43 m - 3 una densità di energia cinetica interna di 3 × 10 32 J / m 3 (calcolata usando le equazioni pertinenti per un ideale gas di neutroni degeneri a questa densità). Quindi anche in un cucchiaio (diciamo 20 ml, che avrebbe una massa di 2 miliardi di tonnellate!), Ci sono 6 × 10 27101736×104333×103236×1027J di energia cinetica (15 volte più del Sole emette in un secondo, o qualche miliardo di bombe atomiche) e questo verrà rilasciato istantaneamente .

L'energia ha la forma di circa neutroni che viaggiano a circa 0,1-0,2 c . In parole povere, è come se la metà dei neutroni (circa un miliardo di tonnellate) viaggiasse a 0,1 c arando nella Terra. Se ho fatto bene la mia matematica, ciò equivale all'incirca a un asteroide vicino alla Terra nel raggio di 50 km che colpisce la Terra a 30 km / s.1039cc

I neutroni in un denso gas stellare di neutroni sono relativamente stabili (il decadimento beta è bloccato dalla degenerazione elettronica). L'espansione sopra descritta consentirebbe il decadimento beta in protoni ed elettroni, ma poiché ciò accade su scale temporali di 10 minuti, è poco rilevante per la distruzione iniziale. Tuttavia, dopo alcune decine di minuti si finirebbe con una nuvola in espansione di idrogeno ionizzato di alcuni minuti luce.

Si ritiene che la dimensione minima possibile per legare gravitazionalmente il materiale stellare di neutroni sia di circa (vedere qui ). La densità dell'elettrone di equilibrio (ci sono sempre alcuni elettroni e protoni presenti nel materiale a stella di neutroni) per le masse inferiori è troppo bassa per bloccare il decadimento beta dei neutroni.0.15M


E se prendessimo neutronium inerte ? (tra l'altro, "Un neutrone libero decadrà con un'emivita di circa 10,3 minuti" -> quindi non dovrebbe esplodere all'istante ... anche se l'intensità di "radiazione di decadimento" di un cucchiaio di questo materiale probabilmente oscurerebbe qualsiasi bombe atomiche anche senza reazione a catena
SF.

@SF Hai completamente frainteso la mia risposta. Il materiale esplode (si espande a una frazione significativa di ) a causa della sua enorme pressione degenerativa e quindi dell'energia cinetica. Niente a che vedere con il decadimento dei neutroni. Che cos'è il "neutronio inerte"? c
Rob Jeffries,

Bene, ora lo capisco - mi hai confuso con "energia cinetica" che di solito è associata al movimento mentre in questo caso è più una controparte sub-atomica dell'elasticità.
SF.

@SF No è ​​movimento. Pressione, teoria cinetica ecc. I neutroni hanno un momento enorme.
Rob Jeffries,

Degno di nota. Questo dovrebbe essere nella prossima puntata "What If".
Peter - Ripristina Monica

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No, non è stabile senza l'enorme pressione della gravità. C'è una dimensione minima stabile, ma è sicuramente molto più grande di un cucchiaio.


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I neutroni tornerebbero ad essere un elettrone e un protone? O non è possibile perché i neutrini che sono stati creati contemporaneamente non sono più in circolazione?
matryoshka,

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@Grace, i neutroni liberi decadono spontaneamente in protoni, elettroni e neutrini. Cerca il decadimento beta per ulteriori informazioni.
Spencer,

I neutroni liberi di @Spencer in un ambiente a bassa densità decadono spontaneamente in protoni ed elettroni. Non hanno materiale stellare di neutroni (o non facilmente).
Rob Jeffries,

@RobJeffries, è vero, ma è improbabile che l'ambiente rimanga nel suo stato ad alta densità senza la forza gravitazionale di una stella di neutroni completa lì per mantenerlo in quel modo.
Spencer,
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