En astrofísica y física nuclear , la pasta nuclear es un tipo teórico de materia degenerada que se postula que existe dentro de la corteza de las estrellas de neutrones . Si de hecho existe, la pasta nuclear es el material más fuerte del universo. [1] Entre la superficie de una estrella de neutrones y el plasma de quarks-gluones en el núcleo, a densidades de materia de 10 14 g / cm 3 , la atracción nuclear y las fuerzas de repulsión de Coulomb son de magnitud similar. La competencia entre las fuerzas conduce a la formación de una variedad de estructuras complejas ensambladas a partir de neutrones.y protones . Los astrofísicos llaman a este tipo de estructuras pasta nuclear porque la geometría de las estructuras se asemeja a varios tipos de pasta . [2] [3]
Formación
Las estrellas de neutrones se forman como remanentes de estrellas masivas después de un evento de supernova . A diferencia de su estrella progenitora, las estrellas de neutrones no consisten en un plasma gaseoso. Más bien, la intensa atracción gravitacional de la masa compacta supera la presión de degeneración de electrones y hace que se produzca la captura de electrones dentro de la estrella. El resultado es una bola compacta de materia de neutrones casi pura con escasos protones y electrones en el medio en un espacio varios miles de veces más pequeño que la estrella progenitora. [4]
En la superficie, la presión es lo suficientemente baja como para que los núcleos convencionales, como el helio y el hierro , puedan existir independientemente entre sí y no se aplasten entre sí debido a la repulsión mutua de Coulomb de sus núcleos. [5] En el núcleo, la presión es tan grande que esta repulsión de Coulomb no puede soportar núcleos individuales, y debería existir alguna forma de materia ultradensa, como el plasma teorizado de quarks-gluones .
La presencia de una pequeña población de protones es esencial para la formación de pasta nuclear. La atracción nuclear entre protones y neutrones es mayor que la atracción nuclear de dos protones o dos neutrones. De manera similar a cómo actúan los neutrones para estabilizar núcleos pesados de átomos convencionales contra la repulsión eléctrica de los protones, los protones actúan para estabilizar las fases de la pasta. La competencia entre la repulsión eléctrica de los protones, la fuerza de atracción entre los núcleos y la presión a diferentes profundidades en la estrella conducen a la formación de pasta nuclear.
Etapas
Si bien no se ha observado pasta nuclear en una estrella de neutrones, se teoriza que sus fases existen en la corteza interna de las estrellas de neutrones, formando una región de transición entre la materia convencional en la superficie y la materia ultradensa en el núcleo. Hacia la parte superior de esta región de transición, la presión es lo suficientemente grande como para que los núcleos convencionales se condensen en colecciones semiesféricas mucho más masivas. Estas formaciones serían inestables fuera de la estrella, debido a su alto contenido de neutrones y tamaño, que puede variar entre decenas y cientos de nucleones. Esta fase semiesférica se conoce como fase de ñoquis .
Cuando se comprime la fase de ñoquis, como se esperaría en las capas más profundas de la corteza, la repulsión eléctrica de los protones en los ñoquis no es completamente suficiente para sustentar la existencia de las esferas individuales, y se trituran en largas barras, que, dependiendo de su longitud, puede contener muchos miles de nucleones. Sumergidas en un líquido de neutrones, estas varillas se conocen como fase espagueti . Una mayor compresión hace que las barras de la fase espagueti se fusionen y formen láminas de materia nuclear llamadas fase de lasaña . La compresión adicional de la fase de lasaña produce la materia nuclear uniforme del núcleo externo con orificios intermitentes de líquido de neutrones (y posiblemente de protones). Progresando más profundamente en la corteza interna, esos agujeros en la pasta nuclear cambian de ser cilíndricos, llamados por algunos la fase bucatini o fase antiespagueti , a agujeros esféricos dispersos, que se pueden llamar la fase del queso suizo . Los núcleos desaparecen en la interfaz corteza-núcleo, pasando al núcleo líquido de neutrones de la estrella. Para una estrella de neutrones típica de 1,4 masas solares ( M ☉ ) y un radio de 12 km, la capa de pasta nuclear en la corteza puede tener aproximadamente 100 m de espesor y una masa de aproximadamente 0,01 M ☉ . En términos de masa, esta es una porción significativa de la corteza de una estrella de neutrones. [6] [7]
Referencias
- ^ ME Caplan, AS Schneider y CJ Horowitz (24 de septiembre de 2018), "Elasticidad de la pasta nuclear". Phys. Rev. LeT. 121, 132701
- ^ Pons, José A .; Viganò, Daniele; Rea, Nanda (2013). "Demasiada" pasta "para que los púlsares giren". Física de la naturaleza . 9 (7): 431–434. arXiv : 1304.6546 . Código Bibliográfico : 2013NatPh ... 9..431P . doi : 10.1038 / nphys2640 .
- ^ Reagan, David. "Visualizaciones de Pasta Nuclear" . Laboratorio de visualización avanzada, Tecnologías de investigación, Universidad de Indiana . Consultado el 28 de junio de 2013 .
- ^ Panel de Física Nuclear; Comité de Estudios de Física; Junta de Física y Astronomía; Comisión de Ciencias Físicas, Matemáticas y Aplicaciones, División de Ingeniería y Ciencias Físicas (1 de enero de 1986). Física nuclear . Prensa de Academias Nacionales . págs. 111–. ISBN 978-0-309-03547-7.CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ Beskin, Vasilii S. (1999). "Radio púlsares". Física-Uspekhi . 42 (11): 1173-1174. Código bibliográfico : 1999PhyU ... 42.1071B . doi : 10.1070 / pu1999v042n11ABEH000665 .
- ^ Peter Höflich; Pawan Kumar; J. Craig Wheeler (16 de diciembre de 2004). Explosiones cósmicas en tres dimensiones: asimetrías en supernovas y estallidos de rayos gamma . Prensa de la Universidad de Cambridge . págs. 288–. ISBN 978-1-139-45661-6.
- ^ Yakovlev, DG (2015). "Transporte de electrones a través de la pasta nuclear en estrellas de neutrones magnetizadas". Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society . 453 (1): 581–590. arXiv : 1508.02603 . Código bibliográfico : 2015MNRAS.453..581Y . doi : 10.1093 / mnras / stv1642 .