Was befindet sich im Zentrum eines Neutronensterns?

Die Struktur eines Neutronensterns kann wie folgt zusammengefasst werden.

Eine äußere Kruste , bestehend aus einem festen Kerngitter in einem entarteten Gas ultrarelativistischer Elektronen. Bei Dichten$>4\times10^{14}$kg/m$^3$, gibt es eine innere Kruste , in der es für Neutronen energetisch möglich wird, aus den Kernen herauszutropfen, aber die (zunehmend n-reicheren) Kerne behalten ihre Identität in einem festen Gitter bei. Als Dichten$>10^{17}$kg/m$^{3}$die Kerne verlieren ihre Identität und "lösen" sich in eine (Super-)Flüssigkeit aus entarteten Neutronen mit einem kleinen Anteil (1%) an Protonen und Elektronen auf. Dann nähern sich die Dichten$10^{18}$kg/m$^3$es kann eine andere Phasenänderung geben - entweder in einen festen Neutronenkern, in Quark-Materie oder durch die Schaffung zusätzlicher hadronischer Freiheitsgrade.

Nukleare Teigwaren passen in den Bereich zwischen der inneren Kruste und der n,p,e-Flüssigkeit mit Dichten zwischen etwa$3\times 10^{16}$kg/m$^3$Und$10^{17}$kg/m$^3$. Die Grundidee ist, dass der Gleichgewichtszustand des Gases gefunden wird, indem die Gesamtenergiedichte minimiert wird.

$$u = n_N (M(A,Z)c^2 + L) + u_n + u_e + ,$$ Wo $n_N$ist die Anzahldichte der Kerne, $M(A,Z)$ist die Ruhemasse des Gleichgewichtskerns der Atommasse $A$und Ordnungszahl $Z$(Inverser Beta-Zerfall treibt das Gleichgewicht in Richtung n-reicher Kerne mit großen $A$und hoch $A/Z$), $u_n$Und $u_e$sind die Energiedichten der entarteten Neutronen- und Elektronengase, die nur von ihrer Anzahldichte abhängen. $L$ist eine (negative) Energiedichte, die mit dem Gitter der Kerne verbunden ist - dh eine Art Kristallgitter hat eine niedrigere Energie.

Das Wichtigste hier ist die$(M(A,Z) + L)$Begriff. Bei niedrigeren Dichten kann davon ausgegangen werden, dass die Kerne relativ isoliert und pseudokugelförmig sind, so dass eine halbempirische Massenformel eine Schätzung von ergibt$M$. Aber bei Dichten oben$3\times 10^{16}$kg/m$^3$, die Kerne füllen mehr als 10 % des Volumens aus, sie sind von Neutronen umgeben, die den Oberflächenenergieterm reduzieren, und sie werden so groß ($A>300$), dass sie für eine Spaltung anfällig werden (vgl. die Bohr-Wheeler-Bedingung für spontane Spaltung).

Das bedeutet, dass die Gleichgewichtsstruktur der Kernmaterie nicht mehr in Form pseudokugelförmiger Einzelkerne vorliegt. Die Kerne verformen sich und fügen sich in verschiedenen dichteabhängigen Formen zusammen; erste Spaghetti - lange Stränge nuklearer Materie mit Neutronensoße; dann Lasagne - Flugzeuge aus Kernmaterie mit einer Neutronensauce. Bei noch höheren Dichten kehren sich die Rollen um - die Neutronen befinden sich in Fäden und Ebenen, die von Kernmaterie umgeben sind.

Bei Dichten oben$\sim 10^{17}$kg/m$^3$die Bindungsenergie der Kernmaterie wird so gering, dass es für die Kerne günstiger ist, sich in freie Neutronen (plus ein paar Protonen und Elektronen) aufzulösen.

Ich bin kein Experte auf diesem Gebiet, und ehrlich gesagt habe ich keine Ahnung, wie diese Modelle jemals getestet werden können. Eine kleine Wurmlochverbindung zum Inneren eines Neutronensterns zu bekommen, um es zu untersuchen, ist eine schwierige Aufgabe - wahrscheinlich unmöglich.

Neutronensterne können Zwiebelschichten aufweisen. Die Kruste besteht aus Material, hauptsächlich Eisen, wobei entarteter Elektronendruck ihr hydrostatisches Gleichgewicht aufrechterhält. Die nächste Schicht ist diese Pasta, eine Art Kernplasma. Die nächste Schicht ist das Neutronengitter. Wenn der Körper massiv genug ist, kann es eine tiefere Hyperonregion geben, die aus besteht$\Xi^0$,$\Sigma^0$Und$\Delta^0$im Baryon-Dekuplett. Wenn der Körper dann wirklich massiv ist, könnte der Kern aus einem Quark-Gluon-Plasma bestehen. Es gibt einige Versuche, diese Modelle zu verwenden, um die Physik des Äußeren des Neutronensterns zu verstehen, beispielsweise sein Magnetfeld.