¿Qué pasaría si un cuerpo cayera en una estrella de neutrones?

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Conocemos las estrellas de neutrones como un objeto muy masivo con fuerzas gravitacionales extremadamente fuertes que se compone principalmente de neutrones.

No pude evitar preguntarme, ¿qué pasaría si un objeto cayera en una estrella de neutrones, qué sería de él? ¿Lo convertirá también en neutrones? ¿Y habrá algún tipo de emisión de radiación acompañante?

star gravity neutron-star Yoda
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Las estrellas de neutrones no están cerca de estar 'compuestas enteramente de neutrones'. Hay muchos electrones en la corteza, y muy probablemente una envoltura externa de hierro totalmente ionizado. Por lo tanto, cualquier cosa que golpee esa envoltura probablemente también estará completamente ionizada, pero de qué fracción (si la hay) es probable que sufra fusión en elementos más pesados, no estoy seguro, especialmente porque las fuerzas de marea las destrozarán primero.

Stan Liou

@StanLiou Gracias por señalarlo, editaré la pregunta en consecuencia.

Yoda

@StanLiou: Dado que la liberación de energía por unidad de masa en el momento del impacto es mucho mayor que la energía de unión nuclear por unidad de masa del impactador, la ionización y los enlaces nucleares son irrelevantes. El resultado sería el mismo que si el objeto fuera solo un conjunto de protones y neutrones.

Alexey Bobrick

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Sin cálculos detallados, pero con una respuesta cualitativa: según la trayectoria del impactador, los resultados variarán un poco, pero está claro que la energía potencial del impactador se transformará en una gran cantidad de energía cinética antes de que ocurra el impacto. La energía cinética se transformará principalmente en calor durante el impacto, transformando una parte sustancial de la masa del impactador en rayos X y rayos gamma.

Los restos del impactador se transformarán en un plasma, con la mayoría de los electrones moviéndose independientemente de sus núcleos anteriores, y dispersándose principalmente en la atmósfera (una capa delgada de unos pocos milímetros) de la estrella de neutrones. Las energías serán lo suficientemente altas como para desencadenar la fusión nuclear y la fisión, junto con otras reacciones de partículas de alta energía. Parte de la energía se transformará en campos magnéticos, que también pueden ser muy fuertes en las estrellas de neutrones.

No es de esperar que se entremezclen mucho con el interior de la estrella de neutrones en el primer instante para pequeños impactadores debido a la alta inercia y densidad de las partes internas de la estrella de neutrones.

En algunos casos, el impacto podría desencadenar el colapso de la estrella de neutrones en un agujero negro, dependiendo de la masa de la estrella de neutrones y la masa del impactador.

Más sobre la estructura interna de las estrellas de neutrones en Wikipedia . ("La materia que cae sobre la superficie de una estrella de neutrones se aceleraría a una velocidad tremenda por la gravedad de la estrella. La fuerza del impacto probablemente destruiría los átomos componentes del objeto, haciendo que toda su materia sea idéntica, en la mayoría de los aspectos, al resto de la estrella ")

Más sobre el límite de Chandrasekhar de las estrellas de neutrones .

Gerald
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\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_{⊙}

$1.4 M_{\odot}$

$1.9 \times 10^{8}$

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

$d= 500,000$

Por lo tanto, llegará a la vecindad de la estrella de neutrones como un gas ionizado extremadamente caliente. Pero si el material tiene el más mínimo momento angular, no podría caer directamente sobre la superficie de la estrella de neutrones sin perder primero ese momento angular. Por lo tanto, formará (o unirá) un disco de acreción. A medida que el momento angular se transporta hacia afuera, el material puede moverse hacia adentro hasta que se engancha en el campo magnético de la estrella de neutrones y realiza su viaje final sobre la superficie de neutrones, probablemente pasando por un choque de acreción a medida que se acerca al polo magnético, si el objeto está ya se está acumulando fuertemente. Aproximadamente un pequeño porcentaje de la energía de la masa en reposo se convierte en energía cinética y luego en calor, que se deposita en parte en la corteza estelar de neutrones junto con la materia (núcleos y electrones) y se irradia en parte.

En las altas densidades en la corteza exterior, la materia prima (ciertamente si contiene muchos protones) se quemará en reacciones nucleares rápidas. Si se acumula suficiente material en poco tiempo, esto puede conducir a una explosión termonuclear desbocada hasta que se hayan consumido todos los elementos ligeros. Las capturas subsiguientes de electrones hacen que el material sea cada vez más rico en neutrones hasta que se estabiliza en la composición de equilibrio de la corteza, que consiste en núcleos ricos en neutrones y electrones degenerados ultra-relativísticamente (sin neutrones libres).

Rob Jeffries
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