De que átomo é feita uma estrela de nêutrons?

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Eu entendi que tudo era feito de átomos .

Um átomo é a menor unidade constituinte da matéria comum que possui as propriedades de um elemento químico. Todo sólido, líquido, gás e plasma é composto de átomos neutros ou ionizados

No entanto, com estrelas de nêutrons ;

os modelos básicos para esses objetos implicam que as estrelas de nêutrons são compostas quase inteiramente de nêutrons, que são partículas subatômicas

Isso significa que os nêutrons podem existir fora de um átomo e que uma estrela de nêutrons não é composta por um elemento reconhecível na tabela periódica?

James Wood
fonte
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Nem tudo é feito de átomos. A chave aqui é que as estrelas de nêutrons não são feitas da "matéria comum" mencionada na primeira definição. É um tipo de matéria muito diferente e "especial", composto principalmente de nêutrons com várias outras coisas. Sim, os nêutrons podem existir fora de um átomo; eles são instáveis ​​se forem livres; eles são estáveis ​​dentro da estrela de nêutrons. Uma estrela de nêutrons não é feita de nenhum "elemento" - que se enquadre na categoria "matéria comum", e não é isso. É um tipo diferente de coisa.
Florin Andrei
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@ florin-andrei Uma estrela de nêutrons "100% menos um nêutron" com um único próton seria um isótopo de hidrogênio?
Philippe Goulet
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A noção de que "tudo é feito de átomos" é uma mentira para as crianças ( en.wikipedia.org/wiki/Lie-to-children ). Toda "coisa" familiar é feita de átomos, mas podemos nomear todos os tipos de "coisas" e "coisas" que não são feitas de átomos. Mesmo assunto. De que átomo é o material que gira dentro de um ciclotron? O material que suas câmaras de nuvem revelam?
Beanluc
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@ PhilippeGoulet - somente se você estender demais a definição do átomo de hidrogênio até o ponto em que não faz sentido. Átomos e estrelas de nêutrons são muito diferentes um do outro. Os átomos são essencialmente objetos quânticos, têm uma nuvem de elétrons ao seu redor e interagem principalmente via eletromagnetismo. Estrelas de nêutrons são objetos macroscópicos, não possuem nuvem de elétrons e interagem principalmente via gravidade. Quase nenhuma das regras que se aplicam a uma pode ser aplicada à outra.
Florin Andrei
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@Eanluc - eu já usei esse conceito de "mentir para crianças" antes, mas eu odeio essa frase por isso. Vivemos essencialmente em um universo fractal, pois qualquer explicação que o descreva quando vista em um determinado nível é completamente "errada" quando você mergulha em um nível mais profundo de detalhes. Ainda está para ser mostrado que existe algum nível final de detalhes, então por que sugerir que níveis mais baixos são melhores? Isso significa que somos todos talvez "filhos" e tudo é uma "mentira". Talvez seja verdade, mas deprimente demais.
TED

Respostas:

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Sim, os nêutrons podem existir fora do átomo (ou núcleo). No espaço livre, um nêutron decairá em um próton, e um elétron e um antineutrino em uma escala de tempo de 10 minutos. No entanto, nos densos interiores de uma estrela de nêutrons, os elétrons formam um gás degenerado, com todos os níveis de energia possíveis preenchidos por algo chamado energia Fermi .

Uma vez que a energia Fermi dos elétrons excede a energia máxima de qualquer elétron de decaimento beta possível, o decaimento beta é bloqueado e os nêutrons livres se tornam estáveis. É o que acontece dentro de uma estrela de nêutrons e você acaba na maioria dos nêutrons com uma pequena fração, talvez alguns por cento de elétrons e prótons.

Nas partes externas da estrela de nêutrons, os prótons e nêutrons ainda podem se organizar em núcleos (mas não átomos), mas esses núcleos são extremamente ricos em nêutrons (normalmente não existiriam na natureza) e só são estabilizados contra a deterioração beta por o processo que descrevi acima. O envelope muito externo pode consistir em núcleos de elementos de pico de ferro completamente ionizados e pode haver uma camada ultrafina (poucos cm) de hidrogênio, hélio e carbono ionizados reconhecíveis (por exemplo, Wynn & Heinke 2009 ).

3×10163

Ainda em densidades mais altas, a massa se dissolve em uma sopa composta principalmente de nêutrons com cerca de 1% de prótons e elétrons.

O diagrama abaixo (de Watanabe et al. 2012 ) mostra aproximadamente como essas camadas são organizadas. Deve-se enfatizar que isso se baseia em modelagem teórica, com a teoria se tornando menos certa à medida que você avança na estrela de nêutrons. O teste dessas idéias envolve experimentos nucleares e de partículas, observações de pulsares, resfriamento de estrelas de nêutrons, rajadas de raios X, estimativas de massa e raio em sistemas binários, falhas de pulsar etc. etc. Nenhum dos detalhes2M

Estrutura estelar de nêutrons

Rob Jeffries
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@ NickEdwards eu certamente não. Nêutrons degenerados não podem bloquear a criação de um elétron de decaimento beta!
Rob Jeffries
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Qual é a composição do envelope? Núcleos que não são ricos em nêutrons?
precisa
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@martinargerami Não é possível fazer isso brevemente. Envolve experimentos nucleares e de partículas, observações de pulsares, resfriamento de estrelas de nêutrons, rajadas de raios-X, estimativas de massa e raio, falhas etc. etc. Nenhum dos detalhes foi confirmado por observação sob observação, mas a imagem básica acima se encaixa o que sabemos e geralmente é aceito, exclui o que acontece no centro. Em particular, os conceitos básicos da crosta e das regiões n, p, e fluidas são muito bem compreendidos teoricamente.
Rob Jeffries
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@bendl Isso é inimaginável - por causa do mix unidade imperial :)
Hagen von Eitzen
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Uma resposta mais histórica / linguística do que física:

Demócrito propôs que a matéria não pudesse ser dividida infinitamente, mas que em algum momento chegaria a uma peça menor possível, que ele chamou de atomos , por "sem cortes". Ele estava inteiramente correto, tanto quanto sabemos.

Antes de 1930, mais ou menos, nós, humanos modernos, aplicamos erroneamente sua palavra "átomo" ao que vimos como o menor pedaço de um elemento químico que mantinha suas propriedades, porque ninguém jamais havia subdividido um, e os processos químicos se comportaram como se fossem pequenos. partículas indivisíveis.

Depois que esse tipo de "átomo" foi dividido, ficamos presos à palavra. O que Demócrito chamou de "átomo" hoje, chamaríamos de "quark ou lepton", coisas que pensamos serem fundamentais e não divisíveis. Mas também podemos estar errados se os futuros físicos dividirem essas coisas.

Todas as coisas comuns em nossas vidas - você, eu, a Terra, sua casa, sua comida etc. - são feitas de "átomos" no sentido de 1920, interagindo quimicamente, eletricamente e gravitacionalmente. Até o Sol é feito de átomos, embora, nesse caso, eles não sejam completamente irrefletíveis porque se fundem e se transformam em tipos diferentes.

Certas coisas raras e exóticas do universo não são feitas de átomos no sentido de 1920, como estrelas de nêutrons. Embora sejam feitos de pequenos quarks e leptons indivisíveis; átomos no sentido de Demócrito.

Lee Daniel Crocker
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