Wie können Neutronensterne gasförmige Atmosphären haben?

Die Schwerkraft ist nur insofern wichtig, als sie in der Lage ist, das Material auf hohe Dichten zu komprimieren. Ob dieses Material in der Lage ist, sich zu verfestigen, hängt von der Konkurrenz zwischen Coulomb-Potentialenergie und der thermischen Energie der Partikel ab. Ersteres nimmt mit der Dichte zu, letzteres mit der Temperatur. Ein dichtes Plasma kann immer noch ein Gas sein, wenn es heiß genug ist.

Eine grobe Formel für die exponentielle Skalenhöhe der Atmosphäre ist

Für einen typischen Neutronenstern mit$R=10$km,$M= 1.4M_{\odot}$, wir haben$g=1.86\times 10^{12}$Frau$^2$. Die Atmosphäre könnte eine Mischung aus ionisiertem Helium sein ($\mu=4/3$) oder vielleicht Eisen ($\mu = 56/27$), also sagen wir mal$\mu=2$der Einfachheit halber. Die Temperatur an der Oberfläche des Neutronensterns ändert sich mit der Zeit; typisch für einen jungen Pulsar könnte die Oberflächentemperatur sein$10^{6}$K.

Das gibt$h = 2$mm.

Warum ist das kein "Feststoff"? Weil die thermische Energie der Teilchen größer ist als die Coulomb-Bindungsenergie in jedem festen Gitter, das die Ionen bilden könnten. Das ist bei der festen Oberfläche unter der Atmosphäre nicht der Fall, weil die Dichte sehr schnell wächst (von$10^{6}$kg/m$^{3}$zu mehr als$10^{10}$kg/m$^{3}$(wo die Erstarrung stattfindet) nur wenige cm, weil die Schuppenhöhe so gering ist. Natürlich steigt auch die Temperatur, aber nicht mehr als um einen Faktor von etwa 100. Danach ist die Dichte hoch genug für die Elektronenentartung, und das Material wird ungefähr isotherm und in einer kleinen Tiefe fällt die "Gefriertemperatur" unter die Isotherme Temperatur.