Di quale atomo è fatta una stella di neutroni?

Ho capito che tutto era fatto di Atomi .

Un atomo è la più piccola unità costituente della materia ordinaria che ha le proprietà di un elemento chimico. Ogni solido, liquido, gas e plasma è composto da atomi neutri o ionizzati

Tuttavia con Neutron Stars ;

i modelli di base per questi oggetti implicano che le stelle di neutroni sono composte quasi interamente da neutroni, che sono particelle subatomiche

Questo significa che i neutroni possono esistere al di fuori di un atomo e che una stella di neutroni non è composta da un elemento riconoscibile nella tavola periodica?

neutron-star

— James Wood
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Non tutto è fatto di atomi. La chiave qui è che le stelle di neutroni non sono fatte della "materia ordinaria" menzionata nella prima definizione. È un tipo molto diverso e "speciale" di materia, che è fatto principalmente di neutroni con un sacco di altre cose racchiuse in. Sì, i neutroni possono esistere al di fuori di un atomo; sono instabili se sono liberi; sono stabili all'interno della stella di neutroni. Una stella di neutroni non è fatta di alcun "elemento" - che rientra nella categoria "materia ordinaria", e non è così. È un tipo diverso di roba.

— Florin Andrei,

@ florin-andrei Una stella di neutroni "100% meno un neutrone" con un singolo protone sarebbe un isotopo di idrogeno?

— Philippe Goulet,

L'idea che "tutto sia fatto di atomi" è una specie di menzogna per bambini ( en.wikipedia.org/wiki/Lie-to-children ). Ogni "cosa" che è familiare è fatta di atomi, ma possiamo nominare tutti i tipi di "cose" e "cose" che non sono fatti di atomi. Anche la materia. Di quale atomo è fatta la roba che gira all'interno di un ciclotrone? Le cose che le tracce della tua camera nuvola rivelano?

— Beanluc,

@PhilippeGoulet - solo se estendi eccessivamente la definizione dell'atomo di idrogeno al punto in cui è insignificante. Gli atomi e le stelle di neutroni sono molto diversi tra loro. Gli atomi sono essenzialmente oggetti quantistici, hanno una nuvola di elettroni attorno ad essi e interagiscono principalmente tramite l'elettromagnetismo. Le stelle di neutroni sono oggetti macroscopici, non hanno una nuvola di elettroni e interagiscono principalmente per gravità. Quasi nessuna delle regole che si applicano a una potrebbe essere applicata all'altra.

— Florin Andrei,

@Beanluc - Ho già usato quel concetto di "bugie per bambini", ma odio quella frase per questo. Viviamo essenzialmente in un universo frattale, poiché qualsiasi spiegazione che lo descriva quando visto ad un certo livello è completamente "sbagliata" quando ti immergi ad un livello più profondo di dettaglio. Bisogna ancora dimostrare che esiste un livello finale di dettaglio, quindi perché implicare livelli più bassi è meglio? Questo implica che forse siamo tutti "bambini", e tutto è una "bugia". Forse vero, ma troppo deprimente.

— TED

Risposte:

Sì, i neutroni possono esistere al di fuori dell'atomo (o del nucleo). Nello spazio libero un neutrone si decompone beta in un protone, e un elettrone e un anti-neutrino su una scala temporale di 10 minuti. Tuttavia, negli interni densi di una stella di neutroni, gli elettroni formano un gas degenerato, con tutti i possibili livelli di energia riempiti fino a qualcosa chiamato energia di Fermi .

Una volta che l'energia di Fermi degli elettroni supera l'energia massima di ogni possibile elettrone a decadimento beta, il decadimento beta viene bloccato e i neutroni liberi diventano stabili. Questo è ciò che accade all'interno di una stella di neutroni e si finisce per lo più con neutroni con una piccola frazione, forse un po 'di elettroni e protoni.

Nelle parti esterne della stella di neutroni, i protoni e i neutroni possono ancora sistemarsi in nuclei (ma non atomi), ma questi nuclei sono estremamente ricchi di neutroni (non esisterebbero normalmente in natura) e sono stabilizzati solo contro il decadimento beta il processo che ho descritto sopra. L'involucro molto esterno può essere costituito da nuclei di elementi di picco di ferro completamente ionizzati e può esserci uno strato ultrasottile (pochi cm) di idrogeno, elio e carbonio riconoscibili (ad esempio Wynn & Heinke 2009 ).

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

A densità più elevate, la pasta si dissolve in una zuppa di neutroni con circa l'1% di protoni ed elettroni.

Il diagramma seguente (da Watanabe et al. 2012 ) mostra approssimativamente come sono disposti questi strati. Va sottolineato che questo si basa sulla modellizzazione teorica, con la teoria che diventa meno certa quanto più si va nella stella di neutroni. Il test di queste idee comporta esperimenti nucleari e di particelle, osservazioni di pulsar, di raffreddamento della stella di neutroni, di esplosioni di raggi X, stime di massa e raggio in sistemi binari, glitch di pulsar, ecc. Ecc. Nessuno dei dettagli $2M_{\odot}$

— Rob Jeffries
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@NickEdwards Certamente no. I neutroni degenerati non possono bloccare la creazione di un elettrone a decadimento beta!

— Rob Jeffries,

Qual è la composizione della busta? Nuclei che non sono ricchi di neutroni?

— Mark Foskey,

3 \times 10^{16}

$3 \times 10^{16}$

^{3}

$^3$

@martinargerami Non è possibile farlo brevemente. Implica esperimenti nucleari e di particelle, osservazioni di pulsar, di raffreddamento di stelle di neutroni, esplosioni di raggi X, stime di massa e raggio, glitch, ecc. Ecc. Nessuno dei dettagli è stato confermato osservativamente oltre ogni controversia, ma l'immagine di base sopra si adatta ciò che sappiamo ed è generalmente accettato tranne ciò che accade al centro. In particolare, le basi della crosta e delle regioni fluide n, p, e sono teoricamente abbastanza ben comprese.

— Rob Jeffries,

@bendl È inimmaginabile - a causa del mix di unità imperiali :)

— Hagen von Eitzen,

Una risposta più storica / linguistica che fisica:

Democrito propose che la materia non potesse essere divisa all'infinito, ma che a un certo punto si sarebbe raggiunto un pezzo il più piccolo possibile, che chiamò atomos , per "non tagliato". Era del tutto corretto per quanto ne sappiamo.

Prima del 1930 circa, noi umani moderni abbiamo erroneamente applicato la sua parola "atomo" a quello che poi vedevamo come il più piccolo pezzo di un elemento chimico che manteneva le sue proprietà, perché nessuno lo aveva mai suddiviso e i processi chimici si comportavano come se fossero piccoli particelle indivisibili.

Dopo che quel tipo di "atomo" è stato diviso, siamo rimasti bloccati con la parola. Ciò che Democrito chiamava "atomo" oggi chiameremmo "quark o leptone", cose che riteniamo fondamentali e non separabili. Ma potremmo sbagliarci anche lì, se i futuri fisici dividessero queste cose.

Tutte le cose ordinarie nelle nostre vite - tu, io, la Terra, la tua casa, il tuo cibo, ecc., Sono fatti di "atomi" nel senso del 1920, interagendo chimicamente, elettricamente e gravitazionalmente. Anche il Sole è fatto di atomi, anche se in quel caso non sono del tutto instabili perché si fondono e cambiano in diversi tipi.

Alcune cose rare ed esotiche nell'universo non sono fatte di atomi nel senso del 1920, come le stelle di neutroni. Sebbene siano fatti di piccoli quark e leptoni indivisibili; atomi in senso democratico.

— Lee Daniel Crocker
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