O que aconteceria se um corpo caísse em uma estrela de nêutrons?

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Conhecemos as estrelas de nêutrons como um objeto muito massivo, com forças gravitacionais extremamente fortes que compõem principalmente nêutrons.

Eu não pude deixar de imaginar o que aconteceria se um objeto caísse em uma estrela de nêutrons, o que seria dele? Será que vai transformá-lo em nêutrons também? E haverá algum tipo de emissão de radiação associada?

star gravity neutron-star

— Yoda
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Estrelas de nêutrons não estão nem perto de 'compostas inteiramente de nêutrons'. Há muitos elétrons na crosta e provavelmente um envelope externo de ferro totalmente ionizado. Portanto, qualquer coisa que atinja esse envelope provavelmente também será totalmente ionizada, mas que fração (se houver) provavelmente passará pela fusão de elementos mais pesados dos quais não tenho certeza, principalmente porque será destruído primeiro pelas forças da maré.

— Stan Liou

@StanLiou Obrigado por apontar isso, vou editar a pergunta de acordo.

— Yoda

@ StanLiou: Dado que a liberação de energia por unidade de massa no momento do impacto é muito maior que a energia de ligação nuclear por unidade de massa do impactor, a ionização e as ligações nucleares são irrelevantes. O resultado seria o mesmo que se o objeto fosse apenas um conjunto de prótons e nêutrons.

— Alexey Bobrick

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Não há cálculos detalhados, mas uma resposta qualitativa: dependendo da trajetória do impactador, os resultados variarão um pouco, mas é claro, que a energia potencial do impactador será transformada em uma alta quantidade de energia cinética antes que o impacto aconteça. A energia cinética será então transformada principalmente em calor durante o impacto, transformando uma parte substancial da massa do impactor em raios-x e raios gama.

Os remanescentes do impactor serão transformados em plasma, com a maioria dos elétrons se movendo independentemente de seus núcleos anteriores, e dispersos principalmente na atmosfera (uma fina camada de alguns milímetros) da estrela de nêutrons. As energias serão altas o suficiente para desencadear a fusão nuclear e a fissão, juntamente com outras reações de partículas de alta energia. Parte da energia será transformada em campos magnéticos, que também podem ser muito fortes nas estrelas de nêutrons.

Não é de se esperar muita mistura com o interior da estrela de nêutrons no primeiro instante para pequenos impactadores devido à alta inércia e densidade das partes internas da estrela de nêutrons.

Em alguns casos, o impacto pode provocar o colapso da estrela de nêutrons em um buraco negro, dependendo da massa da estrela de nêutrons e da massa do impactador.

Mais sobre a estrutura interna das estrelas de nêutrons na Wikipedia . ("A matéria que cai na superfície de uma estrela de nêutrons seria acelerada a uma velocidade tremenda pela gravidade da estrela. A força do impacto provavelmente destruiria os átomos componentes do objeto, tornando toda a sua matéria idêntica, na maioria dos aspectos, ao resto da estrela. . ")

Mais sobre o limite de Chandrasekhar de estrelas de nêutrons .

— Gerald
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Vamos supor que o que está caindo na estrela de nêutrons é material "normal" - isto é, um planeta, um asteróide ou algo assim. À medida que o material se dirige para a estrela de nêutrons, ele ganha uma enorme quantidade de energia cinética. Se assumirmos que ele começa no infinito, a energia obtida (e transformada em energia cinética) é aproximadamente (ignorando GR) que é o massa do objeto (que cancela) e e são a massa e o raio da estrela de nêutrons (vamos assumir valores típicos de e 10 km, respectivamente).

\frac{1}{2} m v^{2} = \frac{G M m}{R},

$\frac{1}{2}m v^2 = \frac{GMm}{R},$

m

$m$

M

$M$

R

$R$

1.4 M_{⊙}

$1.4 M_{\odot}$

Isso resulta em uma velocidade à medida que se aproxima da superfície da estrela de nêutrons de m / s - ou seja, grande o suficiente para que você tenha que fazer o cálculo usando a mecânica relativística. $1.9 \times 10^{8}$

No entanto, duvido que o objeto chegue intacto à superfície, devido a forças da maré. O limite da Roche para a quebra de um objeto rígido ocorre quando o objeto está a uma distância que e são as densidades médias de nossa estrela e objeto de nêutrons, respectivamente. Para material rochoso, kg / m . Para nossa estrela fiducial de nêutrons kg / m . Assim, quando o objeto se aproximar km, ele se desintegrará em seus átomos constituintes.

d = 1.26 R {(\frac{ρ_{N S}}{ρ_{O}})}^{1 / 3},

$d = 1.26 R \left(\frac{\rho_{NS}}{\rho_O}\right)^{1/3},$

ρ_{N S}

$\rho_{NS}$

ρ_{O}

$\rho_O$

ρ_{O} ≃ 5000

$\rho_O \simeq 5000$

^{3}

$^{3}$

ρ_{N S} ≃ 7 \times 10^{17}

$\rho_{NS} \simeq 7\times10^{17}$

^{3}

$^{3}$

d = 500, 000

$d= 500,000$

Assim, chegará à vizinhança da estrela de nêutrons como um gás ionizado extremamente quente. Porém, se o material tiver o menor momento angular, ele não poderá cair diretamente na superfície da estrela de nêutrons sem antes perder esse momento angular. Portanto, formará (ou ingressará) em um disco de acréscimo. À medida que o momento angular é transportado para fora, o material pode se mover para dentro até que seja enganchado no campo magnético da estrela de nêutrons e faça sua jornada final para a superfície do nêutron, provavelmente passando por um choque de acréscimo à medida que se aproxima do pólo magnético, se o objeto estiver já acumulando fortemente. Aproximadamente alguns por cento da energia restante da massa é convertida em energia cinética e, em seguida, o calor é parcialmente depositado na crosta de nêutrons junto com a matéria (núcleos e elétrons) e parcialmente irradiado.

Nas altas densidades da crosta externa, a matéria-prima (certamente se contém muitos prótons) será queimada em rápidas reações nucleares. Se acumular material suficiente em pouco tempo, isso pode levar a uma explosão termonuclear descontrolada até que todos os elementos leves tenham sido consumidos. As capturas subsequentes de elétrons tornam o material cada vez mais rico em nêutrons até se estabelecer na composição de equilíbrio da crosta, que consiste em núcleos ricos em nêutrons e elétrons degenerados ultra-relativisticamente (sem nêutrons livres).

— Rob Jeffries
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