Как нейтронные звезды могут иметь газовую атмосферу?

13

Нейтронные звезды могут иметь небольшую атмосферу. Тем не менее, они также имеют чрезвычайно сильное гравитационное притяжение. Разве все молекулы газа не должны притягиваться к поверхности звезды и превращаться в твердые тела под огромным давлением?

Может быть, я думаю об этом неправильно, но я не понимаю, как это могло быть возможно.

Сэр
источник
4 дюйма толщиной атмосферы. :-)
userLTK
@userLTK Все еще кажется абсурдным, что вещество, находящееся так близко к звезде, будет газообразным.
сэр Cumference
Что вы подразумеваете под большими атмосферами? Если вы имеете в виду магнитосферы, то ключ кроется в названии. Гравитация не единственная действующая сила.
Роб Джеффрис
@RobJeffries Да, ошибся, сказав "большой". Я имел в виду небольшие газообразные атмосферы, окружающие нейтронные звезды.
сэр Cumference
1
Источник: chandra.harvard.edu/press/09_releases/press_110409.html Водород и гелий сливаются на поверхности, образуя углерод. «Атмосфера» может быть немного расплывчатой, вероятно, это скорее плотная, почти твердая плазма. , , , но я догадываюсь
userLTK

Ответы:

12

Гравитация важна только в том случае, если она способна сжимать материал до высоких плотностей. Способность этого материала к затвердеванию зависит от конкуренции между кулоновской потенциальной энергией и тепловой энергией частиц. Первое увеличивается с плотностью, второе увеличивается с температурой. Плотная плазма все еще может быть газом, если она достаточно горячая.

Грубая формула для экспоненциальной шкалы высоты атмосферы имеет вид где - температура газа, - атомная единица массы, - номер атомной массы. единиц на частицу, а - поверхностная гравитация, где .

h=kTμmug,
Tmuμgg=GM/R2

Для типичной нейтронной звезды с км, , мы имеем м / с . Атмосфера может быть смесью ионизированного гелия ( ) или, возможно, железа ( ), поэтому для простоты скажем . Температура на поверхности нейтронной звезды будет меняться со временем; обычно для молодого пульсара температура поверхности может составлять К.R=10M=1.4Mg=1.86×10122μ=4/3μ=56/27μ=2106

Это дает мм.h=2

Почему это не "солидно"? Потому что тепловая энергия частиц больше, чем кулоновская энергия связи в любой твердой решетке, которую могут образовать ионы. Это не относится к твердой поверхности ниже атмосферы, потому что плотность растет очень быстро (от кг / м до более чем кг / м (где затвердевание имеет место) только несколько см, потому что высота шкалы очень мала. Конечно, температура тоже увеличивается, но не более чем в 100 раз. После этого плотность достаточно высока для вырождения электронов, и материал становится приблизительно изотермическим, и на небольшой глубине «температура замерзания» падает ниже изотермической температуры.106310103

Роб Джеффрис
источник
Я не понимаю, как вы используете и . μmu
Ималлетт
@imallet Атомная единица массы кг. - количество единиц массы на частицу. ионизированный гелий 3 частицы, 4 единицы массы (упс, я ошибся). mu=1.67×1027μ
Роб Джеффрис
1
Итак, с точки зрения обывателя ... Этот материал слишком горячий, чтобы его можно было хранить в твердом или жидком виде. Прохладно.
Ренан
2
@zibadawatimmy, если вы хотите использовать это определение, тогда газа нет. Это все ионизировано.
Роб Джеффрис
1
@RBarryYoung Neutronium - выдуманное научное слово. Нейтронные звезды имеют корки из богатых нейтронами ядер, сопровождаемые вырожденными электронами. Внешний см или около того - невырожденный газ с неопределенным составом, но он не является свободными нейтронами.
Роб Джеффрис