38 votos

¿Cuál es el teórico inferior límite de masa para un gravitacionalmente estable estrella de neutrones?

Pido aquí intencionalmente no por el tamaño de la más pequeña posible, observa el tamaño de las estrellas de neutrones, lo que corresponde aproximadamente a la conocida Chandrasekhar-límite para el límite superior de las enanas blancas. Este se define por el tamaño mínimo de un núcleo estelar a colapsar en una estrella de neutrones, en lugar de la enana blanca.

Pero creo que esta no es la más pequeña posible estrella de neutrones en masa es sólo el más pequeño de masa que puede ser producido por la evolución estelar procesos.

Por ejemplo, los agujeros negros tienen también un límite inferior: el Tolman-Oppenheimer-Volkoff límite, que es de alrededor de 1.5-3.0 masas Solares. Correspondiente para que, en el conocido agujero negro más pequeño se observa alrededor de las 4 masas Solares. Pero esto no define el tamaño más pequeño posible de un agujero negro, que sólo define el agujero negro más pequeño de tamaño que puede ser formado. En teoría, incluso la Tierra-o tamaño mucho más pequeño de los agujeros negros podría existir, pero no se conoce el proceso que se podría crear. A pesar de la extensa busca de micro agujeros negros, no se encontró nada.

Por analogía, que yo estoy pidiendo es esta una situación similar para las estrellas de neutrones? ¿Cuál es la masa mínima de una estrella de neutrones, que podría permanecer estable? Es esta masa menor que la de Chandrasekhar-límite?

40voto

Rob Jeffries Puntos 26630

Pensamos que la mayoría de las estrellas de neutrones se producen en los núcleos de las estrellas masivas y el resultado del colapso de un núcleo que se encuentra ya en una masa de $\sim 1.1-1.2 M_{\odot}$ y como resultado hay un mínimo observado en masa de las estrellas de neutrones de unos $1.2M_{\odot}$. Véase, por ejemplo, Ozel et al. (2012; http://adsabs.harvard.edu/abs/2012ApJ...757...55O ). Actualización - el más pequeño, mide con precisión la masa de una estrella de neutrones es ahora $1.174 \pm 0.004 M_{\odot}$ - Martínez et al. (2015).

El mismo documento también muestra que no parece haber una diferencia entre el máximo masas de las estrellas de neutrones y el mínimo de la masa de los agujeros negros.

Estás en lo correcto de que el pensamiento actual es que el límite inferior en la observación de una estrella de neutrones y el agujero negro de masas es el resultado de un proceso de formación en lugar de cualquier límite físico (por ejemplo, Belczyinski et al. 2012; http://adsabs.harvard.edu/abs/2012ApJ...757...91B [gracias Kyle]).

Teóricamente estables en una estrella de neutrones podría existir con una menor cantidad de masa, si uno pudiera encontrar la forma de que lo forman (tal vez en un binario de estrellas de neutrones en donde uno de los componentes pierde masa a la otra antes de la fusión?). Si uno asume que de alguna manera podría evolucionar material a un aumento gradual de la densidad en algunas cuasi-estático, de manera que se llega a un nucleares estadística de equilibrio en cada punto, entonces se puede usar la ecuación de estado de dicho material, para encontrar el rango de densidades de donde $\partial M/\partial \rho$ es positivo. Esta es una condición necesaria (aunque no totalmente suficiente) condición para la estabilidad y sería complicado por la rotación, así que vamos a ignorar.

El cero de temperatura "Harrison-Wheeler" de la ecuación de estado (ideal electrón-neutrón degeneración de la presión, más nuclear del equilibrio estadístico) da un mínimo estable de masa de 0.19$M_{\odot}$, con un mínimo de densidad central de $2.5\times10^{16}$ kg/m$^3$ y un radio de 250 km. (Colpi et al. De 1993; http://adsabs.harvard.edu/abs/1993ApJ...414..717C ). Sin embargo, el mismo estudio muestra que esto depende de los detalles de la adopción de la ecuación de estado. El Baym-Pethick-Sutherland EOS les da una masa mínima de 0,09$M_{\odot}$ y la densidad central de $1.5\times10^{17}$ kg/m$^3$. Ambos de estos cálculos ignorar la Relatividad General.

Más moderno cálculos (incorporando GR): Bordbar & Hayti (2006; http://adsabs.harvard.edu/abs/2006IJMPA..21.1555B ) obtener una masa mínima de 0.1$M_{\odot}$ y reclamar este es insensible a la particular EOS. Esto es apoyado por Potekhin et al. (2013; http://adsabs.harvard.edu/abs/2013A%26A...560A..48P ) que encuentran $0.087 < M_{\rm min}/M_{\odot} < 0.093$ para EOSs con un rango de "dureza". Por otro lado Belvedere et al. (2014; http://adsabs.harvard.edu/abs/2014NuPhA.921...33B ) encontrar $M_{\rm min}=0.18M_{\odot}$ con una aún más difícil de EOS.

Un papel por Burgio & Schulze (2010; http://adsabs.harvard.edu/abs/2010A%26A...518A..17B ) muestra que la correspondiente masa mínima para que caliente el material con el atrapamiento de los neutrinos en el centro de una supernova es más como el 1$M_{\odot}$. Así que este es el punto clave - aunque de baja masa de las estrellas de neutrones podría existir, es imposible para producir en los núcleos de las supernovas.

Edit: pensé que me gustaría añadir una breve cualitativa razón por la menor masa de estrellas de neutrones no puede existir. La causa raíz es que para una estrella apoyado por un politrópicos de la ecuación de estado $P \propto \rho^{\alpha}$, es bien sabido que la energía de enlace es sólo negativo, $\partial M/\partial \rho>0$ y la estrella estable, si $\alpha>4/3$. Esto es un poco modificada para GR - muy aproximadamente el $\alpha > 4/3 + 2.25GM/Rc^2$. A densidades de $\sim 10^{17}$ kg/m$^3$ la estrella puede ser apoyado por los no-relativista de neutrones de la degeneración de la presión con $\alpha \sim 5/3$. Inferior de la masa de las estrellas de neutrones tienen radios más grandes ($R \propto M^{-1/3}$), pero si las densidades de caer demasiado bajo, entonces es energéticamente favorable para los protones y los neutrones para combinar en ricos en neutrones de los núcleos; la eliminación de neutrones libres, reduciendo $\alpha$ y la producción de relativista electrones libres a través de la desintegración beta. Finalmente, la ecuación de estado es dominado por los electrones libres con $\alpha=4/3$, más suavizado por la inversa de la desintegración beta, y la estabilidad se convierte en imposible.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X