Cosa accadrebbe se un corpo cadesse in una stella di neutroni?

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Conosciamo le stelle di neutroni come un oggetto molto massiccio con forze gravitazionali estremamente forti che sono composte principalmente da neutroni.

Non potevo fare a meno di chiedermi, cosa accadrebbe se un oggetto cadesse in una stella di neutroni, che ne sarebbe di esso? Lo trasformerà anche in neutroni? E ci sarà qualche tipo di emissione di radiazioni di accompagnamento?

star gravity neutron-star

— Yoda
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Le stelle di neutroni non si avvicinano da nessuna parte "composte interamente di neutroni". Ci sono molti elettroni nella crosta e molto probabilmente un involucro esterno di ferro completamente ionizzato. Quindi, qualsiasi cosa colpisca quell'involucro sarà probabilmente anche completamente ionizzata, ma di quale frazione (se ce ne fosse) probabilmente subirà la fusione in elementi più pesanti di cui non sono sicuro, soprattutto perché verrà prima strappato dalle forze di marea.

— Stan Liou,

@StanLiou Grazie per averlo sottolineato, modificherò la domanda di conseguenza.

— Yoda,

@StanLiou: Dato che il rilascio di energia per unità di massa al momento dell'impatto è molto più grande dell'energia di legame nucleare per unità di massa del dispositivo di simulazione, la ionizzazione e i legami nucleari sono irrilevanti. Il risultato sarebbe lo stesso se l'oggetto fosse solo un insieme di protoni e neutroni.

— Alexey Bobrick,

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Nessun calcolo dettagliato, ma una risposta qualitativa: a seconda della traiettoria del dispositivo di simulazione, i risultati varieranno leggermente, ma è chiaro che l'energia potenziale del dispositivo di simulazione verrà trasformata in un'elevata quantità di energia cinetica prima che si verifichi l'impatto. L'energia cinetica verrà quindi trasformata principalmente in calore durante l'impatto, trasformando una parte sostanziale della massa del dispositivo di simulazione in raggi X e raggi gamma.

I resti del dispositivo di simulazione saranno trasformati in un plasma, con la maggior parte degli elettroni che si muovono indipendentemente dai loro precedenti nuclei, e si disperderanno principalmente nell'atmosfera (uno strato sottile di pochi millimetri) della stella di neutroni. Le energie saranno abbastanza elevate da innescare la fusione nucleare e la fissione, insieme ad altre reazioni di particelle ad alta energia. Parte dell'energia verrà trasformata in campi magnetici, che possono anche essere molto potenti sulle stelle di neutroni.

Non ci si deve aspettare molta mescolanza con l'interno della stella di neutroni nel primo istante per piccoli impattori a causa dell'alta inerzia e della densità delle parti interne della stella di neutroni.

In alcuni casi, l'impatto potrebbe innescare il collasso della stella di neutroni in un buco nero, a seconda della massa della stella di neutroni e della massa del dispositivo di simulazione.

Maggiori informazioni sulla struttura interna delle stelle di neutroni su Wikipedia . ("La materia che cade sulla superficie di una stella di neutroni sarebbe accelerata a una velocità tremenda dalla gravità della stella. La forza di impatto probabilmente distruggerebbe gli atomi componenti dell'oggetto, rendendo tutta la sua materia identica, per molti aspetti, al resto della stella . ")

Maggiori informazioni sul limite di Chandrasekhar delle stelle di neutroni .

— Gerald
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Supponiamo che ciò che sta cadendo sulla stella di neutroni sia materiale "normale" - cioè un pianeta, un asteroide o qualcosa del genere. Man mano che il materiale si dirige verso la stella di neutroni, guadagna un'enorme quantità di energia cinetica. Se assumiamo che inizi dall'infinito, l'energia acquisita (e trasformata in energia cinetica) è approssimativamente (ignorando GR) dove è il massa dell'oggetto (che annulla) e e sono la massa e il raggio della stella di neutroni (assumiamo valori tipici rispettivamente di e 10 km).

\frac{1}{2} m v^{2} = \frac{G M m}{R},

$\frac{1}{2}m v^2 = \frac{GMm}{R},$

m

$m$

M

$M$

R

$R$

1.4 M_{⊙}

$1.4 M_{\odot}$

Ciò si traduce in una velocità quando si avvicina alla superficie della stella di neutroni di m / s - cioè abbastanza grande da dover effettivamente eseguire il calcolo usando la meccanica relativistica. $1.9 \times 10^{8}$

Tuttavia, dubito che l'oggetto possa raggiungere la superficie intatta, a causa delle forze di marea. Il limite di Roche per la rottura di un oggetto rigido si verifica quando l'oggetto ha una distanza dove e sono rispettivamente le densità medie della nostra stella e oggetto di neutroni. Per materiale roccioso, kg / m . Per la nostra stella fiduciale di neutroni kg / m . Quindi quando l'oggetto si avvicina di km si disintegrerà nei suoi atomi costituenti.

d = 1.26 R {(\frac{ρ_{N S}}{ρ_{O}})}^{1 / 3},

$d = 1.26 R \left(\frac{\rho_{NS}}{\rho_O}\right)^{1/3},$

ρ_{N S}

$\rho_{NS}$

ρ_{O}

$\rho_O$

ρ_{O} ≃ 5000

$\rho_O \simeq 5000$

^{3}

$^{3}$

ρ_{N S} ≃ 7 \times 10^{17}

$\rho_{NS} \simeq 7\times10^{17}$

^{3}

$^{3}$

d = 500, 000

$d= 500,000$

Arriverà quindi in prossimità della stella di neutroni come un gas ionizzato estremamente caldo. Ma se il materiale ha anche il minimo momento angolare, non potrebbe cadere direttamente sulla superficie della stella di neutroni senza prima perdere quel momento angolare. Formerà quindi (o unirà) un disco di accrescimento. Quando il momento angolare viene trasportato verso l'esterno, il materiale può spostarsi verso l'interno fino a quando non viene agganciato al campo magnetico della stella di neutroni e fa il suo viaggio finale sulla superficie del neutrone, probabilmente passando attraverso uno shock di accrescimento mentre si avvicina al polo magnetico, se l'oggetto è già accumulando fortemente. Circa un percento dell'energia di massa a riposo viene convertita in energia cinetica e quindi calore che viene in parte depositato nella crosta stellare dei neutroni insieme alla materia (nuclei ed elettroni) e in parte irradiato.

Alle alte densità nella crosta esterna la materia prima (certamente se contiene molti protoni) verrà bruciata in rapide reazioni nucleari. Se si accumula abbastanza materiale in breve tempo, ciò può provocare uno scoppio termonucleare in fuga fino a quando tutti gli elementi luminosi non sono stati consumati. Le successive catture di elettroni rendono il materiale sempre più ricco di neutroni fino a quando non si deposita nella composizione di equilibrio della crosta, che consiste di nuclei ricchi di neutroni e elettroni ultra-relativisticamente degenerati (senza neutroni liberi).

— Rob Jeffries
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