Nuclear Massa em Estrelas de Nêutrons

Título: Astromaterial Ciência e Nuclear Massas

Autores: M. E. Caplan, C. J. Horowitz

Primeiro Autor Instituição: Universidade de Indiana, EUA

Estado: arXiv.org, de acesso aberto

Dentro de uma estrela de nêutrons

estrelas de Nêutrons são mais densas objetos no universo. Naturalmente, a matéria dentro deles é exótica e diferente de tudo na Terra-imagine esmagar a massa do nosso Sol em uma estrela com apenas 10 km de diâmetro! Como se pode imaginar a partir de seu nome, as estrelas de nêutrons são compostas principalmente de nêutrons, com uma pequena fração de elétrons e prótons também contribuindo para sua massa. Uma estrela de nêutrons pode ser considerada análoga a um núcleo atômico gigante, ligado por forças gravitacionais em vez da força forte. Sob a pressão exercida pela gravidade, a matéria é comprimida na mesma densidade que os núcleos dos átomos; propriedades da matéria de alta densidade em estrelas de nêutrons são discutidas nesta mordida.Agora, vamos visualizar descendo através da crosta de uma estrela de nêutrons. A figura 1 fornece um esquema das camadas estratificadas que encontramos durante nossa descida. Na crosta externa, os nêutrons se combinam em núcleos que formam uma rede sólida. À medida que descemos mais fundo na crosta, os núcleos se tornam cada vez mais gigantes e ricos em nêutrons. Além de um certo tamanho, os nêutrons começam a transbordar dos núcleos e a escorrer, formando um oceano de nêutrons livres nos quais a rede de núcleos está imersa. Isso significa nossa transição para a crosta interna. Aqui, na base da crosta (ou “manto”), descobrimos as intrincadas estruturas nucleares com as quais o papel de hoje se preocupa. Normalmente esperamos que os núcleos sejam esféricos, mas aqui os núcleos se deformam e se fundem, formando aglomerados de formas exóticas chamadas “massas nucleares”. Além deste ponto, entramos no núcleo da Estrela onde encontramos matéria nuclear uniforme: um superfluido de nêutrons (uma substância que flui sem atrito) coexiste com um supercondutor de prótons (um material que conduz eletricidade sem resistência).

Figura 1: (A) estrutura de uma estrela de nêutrons. Os símbolos N, n, p, E, μ correspondem a núcleos, nêutrons fluidos e prótons, elétrons e múons, respectivamente. (B) composição da crosta interna de uma estrela de nêutrons. Fonte: https://compstar.uni-frankfurt.de/outreach/short-articles/the-nuclear-pasta-phase/

massas nucleares

sob as condições extremas de alta densidade dentro de uma estrela de nêutrons, a competição entre atração nuclear e repulsão de Coulomb produz estruturas exóticas chamadas massas nucleares. Ravenhall, Pethick e Wilson foram os primeiros a investigar essas configurações incomuns de matéria nuclear. A massa Nuclear é caracterizada por padrões complexos e não esféricos, como tubos, folhas e bolhas; essas configurações minimizam sua energia (ver Figura 2). O nome “massa nuclear” surgiu devido a uma semelhança com diferentes variedades de massas — como lasanha, nhoque e espaguete!Atualmente, nossa compreensão da massa nuclear em estrelas de nêutrons é amplamente baseada em cálculos teóricos. No entanto, existem algumas evidências observacionais que apoiam a existência de massas nucleares na crosta. Por exemplo, Pons, Vigano e Rea postulam que a fase da massa limita o período máximo de rotação das Estrelas de nêutrons rotativas (pulsares). Eles sugerem que a ausência de pulsares de raios-X isolados com períodos de rotação superiores a 12 Segundos Pode ser evidência observacional de massas nucleares. A caça de assinaturas observacionais da camada de massa nuclear é um tópico de pesquisa de grande interesse.

Figura 2: Exemplos de diferentes fases de massas nucleares. Figura 3 em papel.

resultados

neste trabalho, os autores realizam simulações semi-clássicas de Dinâmica molecular de massas nucleares. A abordagem semi-clássica é justificada porque os comportamentos relevantes envolvem aglomerados de milhares de nucleons e esses aglomerados pesados podem ser tratados classicamente. Os efeitos quânticos presentes em escalas menores são colocados à mão através dos parâmetros no modelo semi-clássico.

os autores modelam a geometria e topologia das estruturas complexas de massas retratadas na Figura 2 e extraem propriedades úteis do material, como condutividade térmica e elétrica. Os autores discutem como a presença de uma camada de massa na base da crosta de Estrelas de nêutrons pode influenciar observações de fenômenos astrofísicos, como neutrinos de supernova, decaimento do campo magnético e resfriamento da crosta de Estrelas de nêutrons em acreção.

acima discutimos o artigo escrito por Pons et al. em que as fases de massas nucleares devem conter impurezas. As impurezas fazem com que o campo magnético da estrela de nêutrons decaia mais de 0,1-1 Mir, consistente com a população observada de pulsares isolados de raios-X com períodos de rotação inferiores a 12 segundos. Simulações de Dinâmica Molecular no artigo de hoje fornecem evidências para apoiar a suposição de Pon de que a massa tem um parâmetro de alta impureza. Portanto, outra peça do quebra-cabeça se encaixa e temos ainda mais motivos para acreditar que a massa nuclear existe dentro das Estrelas de nêutrons.

  • Sobre o Autor

Sobre Lisa Drummond

eu sou um astrofísica de Doutoramento de estudantes com interesses no compacto objetos e ondas gravitacionais. Estudei interiores de Estrelas de nêutrons para minha tese de mestrado na Universidade de Melbourne, Austrália e agora estou fazendo meu doutorado no MIT.

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