Neutronensterne - nur Neutronen?

Ich war kürzlich in einem Museum, und da gab es eine Ausstellung über Neutronensterne. Darin stand, dass Neutronensterne nur aus Neutronen bestehen, was mir ehrlich gesagt nicht viel Sinn machte - Neutronen zerfallen sehr schnell von selbst, also wie "dauern" Neutronensterne sozusagen?

Also habe ich natürlich Wikipedia überprüft , das dieses Diagramm enthält:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Elektronen und Protonen scheinen vorhanden zu sein. Nirgendwo gibt es eine "Schicht", die nur aus Neutronen besteht.

Dies führt zu zwei Fragen:

  1. Ist Wikipedia falsch oder das Museum (normalerweise würde ich Wikipedia vertrauen, aber dies ist ein nicht unbedeutendes Museum, in das ich gegangen bin)?
  2. Gibt es etwas, das die Museumsausstellung erklären könnte, wenn Wikipedia Recht hat?
Wikipedia hat Recht. Ich bin mir sehr sicher. Schauen Sie sich das an: physical.stackexchange.com/q/206856
Eng verwandt: physical.stackexchange.com/q/63383 physical.stackexchange.com/q/9098 und Links darin, außerdem dachte ich, es gäbe eine Frage zur "Zusammensetzung von Neutronensternen", aber ich habe sie noch nicht gefunden.
Abgesehen davon mag die Museumsausstellung für ein anspruchsloses Publikum wissentlich vereinfachend sein. Die Neutronen sind ungefähr 1800-mal so zahlreich wie die Elektronen und Protonen, also warum streiten?
Ja, meistens sind Neutronen der Schlüssel. AFAIK, ein NS wird aufgrund des Prozesses so genannt P + e − → N + v e , was ohne Protonen und Elektronen nicht passieren kann.
@dmckee Du liegst quantitativ weit daneben.

Antworten (2)

Das Bild aus Wikipedia ist (qualitativ) korrekt und Ihre Intuition auch.

Neutronen sind instabil und zerfallen , es sei denn, der Zerfall wird durch das Vorhandensein eines entarteten Elektronengases mit einer Fermi-Energie blockiert, die so groß ist wie die maximal mögliche Energie des bei einem Beta-Zerfall erzeugten Elektrons.

Wenn alle Fermion-Spezies entartet sind und sie Neutronensterndichten haben, dann kommen die Fermi-Energien von Neutronen, Protonen und Elektronen in ein Gleichgewicht, wo

E F , N = E F , P + E F , e
Dies führt zusammen mit der Ladungserhaltung zu der Berechnung, dass in einem anfänglich reinen Neutronengas etwa zehn- bis hundertmal so viele Neutronen wie Protonen/Elektronen vorhanden sind; das genaue Verhältnis ist dichteabhängig (kleiner bei höheren Dichten).

Abgesehen davon variiert der Gleichgewichtszustand "kalter" Neutronensternmaterie mit der Dichte, wie im Wikipedia-Diagramm gezeigt. Die n,p,e-Flüssigkeit macht wahrscheinlich den größten Teil der Masse eines Neutronensterns aus, aber keineswegs kann man sagen, dass ein Neutronenstern nur aus Neutronen besteht, und tatsächlich treten freie Neutronen nur in Dichten auf über ein paar 10 14 kg/m 3 , ein Stück weit in den Neutronenstern hinein.

NB: Hier ist das Diagramm quantitativ falsch. ρ 0 soll die nukleare Sättigungsdichte von etwa sein 2.3 × 10 17 kg/m 3 , also erscheinen freie Neutronen knapp darüber 10 − 3 ρ 0 . Außerdem verlieren Kerne ihre Identität und werden bei etwa n,p,e zu einem n,p,e-Gas 0,2 ρ 0 .

Neutronen sind im Neutronenstern stabil, weil dort so hohe Drücke herrschen, dass Neutronen nicht zerfallen können. Die Zustände für Protonen und Elektronen sorgen dafür, dass die Neutronen nicht zerfallen. Neutronen zerfallen, aber nicht genug, um den Neutronenstern zu beschädigen. Auch alle Neutronen, die es schaffen, in Protonen zu zerfallen, wandeln sich höchstwahrscheinlich wieder in Neutronen um. Es gibt keine vollständige Schicht mit Neutronen. Nur mehr Neutronen, je weiter man in einem Neutronenstern nach unten geht. Sowohl das Museum als auch Wikipedia haben Recht. Wenn sie sagen, dass sie aus "alle Neutronen" bestehen, meinen sie nicht wörtlich, dass sie vollständig aus Neutronen bestehen. Stattdessen meinen sie, dass Neutronensterne eine enorme Menge an Neutronen haben, aber immer noch eine kleine Menge anderer Dinge.

Auch der Kern eines Neutronensterns kann Quark-Gluon-Plasma enthalten. Sie können auch seltsame Quarks enthalten. Denn der Druck ist so groß, dass die einzelnen Neutronen in ihre Quarks und Gluonen zerfallen. Einige dieser Quarks werden in seltsame Quarks umgewandelt.
Neutronensterne - nur Neutronen?
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