Warum haben Neutronensterne feste Krusten?

Vor langer Zeit habe ich gelesen, dass Neutronensterne eine feste Kruste haben, die mehrere Größenordnungen härter/fester ist als Legierungen hier auf der Erde. Wie ist das möglich?

Ein Neutronenstern hat eine Oberflächentemperatur von etwa 50.000 °K, wie kann also bei diesen Temperaturen etwas "erstarren"?

Ich verstehe, dass ein Feststoff aufgrund der chemischen Bindungen und manchmal der Kristalle, die sich im Feststoff bilden, hart ist. Daher kann ein Stern mit 50.000 ° K nur dann eine feste Kruste haben, wenn die Materie dort aufgrund anderer Mittel fest ist , und das liegt daran, dass bei diesen Temperaturen weder chemische Bindungen noch Moleküle existieren können.

Wie kann also eine Neutronensternkruste (und Materie im Allgemeinen) bei diesen hohen Temperaturen fest werden, wo Moleküle und neutrale Atome nicht einmal existieren? Und kann dieser Feststoff wirklich Festigkeiten erreichen, die mehrere Größenordnungen über der Festigkeit unserer Legierungen liegen?

Es gibt keine Bindung im Neutronenstern. Für chemische Bindungen braucht man Elektronen und Protonen. Und um eine Flüssigkeit zu sein, sollten sie schwächere zwischenmolekulare Kräfte haben, was nur in Bindungen möglich ist.
@manshu Die äußeren Schichten eines Neutronensterns haben so viele Elektronen und Protonen wie normale Materie.
Die Oberflächen eines Neutronensterns können flüssig werden, wenn die Temperatur 10^6 Kelvin übersteigt. Außerdem würde ich annehmen, dass die unglaubliche Schwerkraft (und damit der Druck) auf die Materie des Sterns einen Faktor bei den Bedingungen seiner Phasenänderung spielen würde, was dazu führen würde, dass sich die Oberfläche dreht, um unter viel extremeren Bedingungen als auf der Erde fest zu bleiben

Antworten (1)

Die Neutronensternkruste ist in äußere und innere Regionen unterteilt. Das Äußere ist eine Kruste aus neutronenreichen Kernen, die von entarteten Elektronen umgeben sind. Das Innere ist ähnlich, aber die Kerne sind noch neutronenreicher und es gibt auch entartete Neutronen.

Die (qualitative) Antwort auf Ihre Frage befasst sich mit dem Verhältnis der elektrostatischen (Coulomb-) Energie zur thermischen Energie der Ionen in der Kruste.

E C E T H ≃ Z 2 e 2 4 π R 0 ϵ k T ,
Wo T ist die Temperatur, Z ist die Ordnungszahl der Kerne und R 0 ist eine charakteristische Trennung zwischen den Kernen.

Dieses Verhältnis steigt mit: sinkender Temperatur, mit sinkendem Keimabstand (dh steigender Dichte) und steigender Ordnungszahl. Wenn es einen kritischen Wert erreicht, „friert“ das Plasma zu einer Kruste, wobei die Ionen in einem festen Gitter eingeschlossen sind. Das gleiche Phänomen tritt in den Kernen von Weißen Zwergen bei ähnlichen Temperaturen und Dichten auf, und es wurde beobachtet, dass der Prozess durch Asteroseismologie auftritt.

Was hier also vor sich geht, ist, dass, obwohl die Kruste heiß ist ( 10 7 K wäre eigentlich nicht unvernünftig), die Dichten ( 10 11 − 10 15 kg/m 3 ) hoch genug sind, um das Plasma zu verfestigen.

Das ist natürlich nicht die ganze Geschichte. Bei sehr hohen Dichten, wenn die Neutronen aus den Kernen heraustropfen, muss man die Oberflächenenergie berücksichtigen, und schließlich "löst" die Neutronenflüssigkeit die Kruste bei etwa auf 10 16 kg/m 3 , möglicherweise über mehrere bizarre "Nuklear-Pasta"-Phasen, die schließlich eine Flüssigkeit aus Neutronen, Protonen und Elektronen bilden.

Das Wort "Kruste" impliziert, dass die Oberfläche irgendwie härter, stärker oder steifer ist als das Material darunter; Ist das wahr?
@DanielGriscom Es bezieht sich auf die mikroskopische Struktur. Ich denke, makroskopisch wäre der Schermodul viel größer. Was die Kompressibilität betrifft, nein, das Krustenmaterial ist vergleichsweise komprimierbar im Vergleich zum Flüssigkeitsinneren des Neutronensterns.
Crikey, diese Krusten müssen für eine interessante Chemie sorgen! :)
@Gert - Und einige interessante harte Science-Fiction in dieser Richtung. Siehe Dragon's Egg von Robert Forward.
@RobJeffries Aber woher kommen die Ionen, die das Gitter bilden? Sie haben gerade erwähnt, dass die Kruste aus neutronenreichen Kernen besteht, die von entarteten Elektronen umgeben sind, also was bildet das Gitter?
@AbanobEbrahim Errr, ein Kern ist ein vollständig ionisiertes Ion.
@AbanobEbrahim Die Kruste besteht aus schweren Elementionen, hauptsächlich Eisen, und wenn Sie sich nach innen bewegen, gibt es immer mehr freie Neutronen. zB diese Figur für die Grundidee ( Zbedeutet Elemente schwerer als Helium), oder zB diese Figur mit ((unsicheren) Modellen) bestimmter Elementzusammensetzungen .
Oh, ich weiß nicht einmal, wie ich diesen Fehler gemacht habe. Anscheinend habe ich das Wort "Kerne" nicht bemerkt und deshalb dachte ich, die Kruste bestehe aus Neutronen. Das tut mir leid.
@DilithiumMatrix Es gibt keine freien Neutronen, bis die Dichte ungefähr erreicht 4 × 10 14 kg/m 3 . Das ist die Definition der „äußeren Kruste“, die bis zu einem Kilometer tief sein kann. Nur die äußerste Außenhaut (vielleicht einige Meter) würde Eisenkerne enthalten. Tiefer als diese Kerne werden sie immer schwerer und viel neutronenreicher.
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