Was würde passieren, wenn ein Körper in einen Neutronenstern fallen würde?

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Wir kennen Neutronensterne als ein sehr massives Objekt mit extrem starken Gravitationskräften, das hauptsächlich aus Neutronen besteht.

Ich konnte nicht anders als mich zu fragen, was passieren würde, wenn ein Objekt in einen Neutronenstern fallen würde, was daraus werden würde. Wird es auch Neutronen machen? Und wird es irgendeine begleitende Strahlungsemission geben?

star gravity neutron-star

— Yoda
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Neutronensterne sind bei weitem nicht "vollständig aus Neutronen zusammengesetzt". Es gibt viele Elektronen in der Kruste und höchstwahrscheinlich eine äußere Hülle aus vollständig ionisiertem Eisen. Alles, was auf diese Hülle trifft, wird wahrscheinlich auch vollständig ionisiert sein, aber welcher Teil davon (falls vorhanden) wahrscheinlich zu schwereren Elementen verschmilzt, ist mir nicht sicher, zumal es zuerst durch Gezeitenkräfte auseinandergerissen wird.

— Stan Liou

@ StanLiou Vielen Dank für den Hinweis, ich werde die Frage entsprechend bearbeiten.

— Yoda

@StanLiou: Da die Energiefreisetzung pro Masseneinheit zum Zeitpunkt des Aufpralls viel größer ist als die Kernbindungsenergie pro Masseneinheit des Impaktors, sind Ionisation und Kernbindungen irrelevant. Das Ergebnis wäre das gleiche, als wäre das Objekt nur eine Menge von Protonen und Neutronen.

— Alexey Bobrick

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Keine detaillierten Berechnungen, aber eine qualitative Antwort: Abhängig von der Flugbahn des Impaktors variieren die Ergebnisse ein wenig, aber es ist klar, dass die potenzielle Energie des Impaktors vor dem Aufprall in eine hohe Menge kinetischer Energie umgewandelt wird. Die kinetische Energie wird dann während des Aufpralls hauptsächlich in Wärme umgewandelt, wobei ein wesentlicher Teil der Masse des Impaktors in Röntgen- und Gammastrahlen umgewandelt wird.

Die Überreste des Impaktors werden in ein Plasma umgewandelt, wobei sich die meisten Elektronen unabhängig von ihren früheren Kernen bewegen und hauptsächlich in der Atmosphäre (einer dünnen Schicht von wenigen Millimetern) des Neutronensterns verteilt sind. Die Energien werden hoch genug sein, um sowohl Kernfusion als auch Spaltung zusammen mit anderen energiereichen Partikelreaktionen auszulösen. Ein Teil der Energie wird in Magnetfelder umgewandelt, die auch auf Neutronensternen sehr stark sein können.

Aufgrund der hohen Trägheit und Dichte der inneren Teile des Neutronensterns ist im ersten Moment für kleine Impaktoren keine große Vermischung mit dem Inneren des Neutronensterns zu erwarten.

In einigen Fällen könnte der Aufprall den Zusammenbruch des Neutronensterns in ein Schwarzes Loch auslösen, abhängig von der Masse des Neutronensterns und der Masse des Impaktors.

Mehr zur inneren Struktur von Neutronensternen auf Wikipedia . ("Materie, die auf die Oberfläche eines Neutronensterns fällt, würde durch die Schwerkraft des Sterns auf enorme Geschwindigkeit beschleunigt. Die Aufprallkraft würde wahrscheinlich die Komponentenatome des Objekts zerstören und seine gesamte Materie in den meisten Punkten mit dem Rest des Sterns identisch machen . ")

Mehr über die Chandrasekhar-Grenze von Neutronensternen .

— Gerald
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Nehmen wir an, dass das, was auf den Neutronenstern fällt, "normales" Material ist - dh ein Planet, ein Asteroid oder so etwas. Wenn sich das Material dem Neutronenstern nähert, gewinnt es eine enorme Menge an kinetischer Energie. Wenn wir annehmen, dass es von unendlich beginnt, dann ist die gewonnene (und in kinetische Energie umgewandelt) Energie ungefähr (ohne GR) wobei ist Die Masse des Objekts (das aufhebt) und und sind die Masse und der Radius des Neutronensterns (nehmen wir typische Werte von bzw. 10 km an).

\frac{1}{2} m v^{2} = \frac{G M m}{R},

$\frac{1}{2}m v^2 = \frac{GMm}{R},$

m

$m$

M

$M$

R

$R$

1.4 M_{⊙}

$1.4 M_{\odot}$

Dies führt zu einer Geschwindigkeit, wenn sie sich der Neutronensternoberfläche von m / s nähert - dh groß genug, dass Sie die Berechnung tatsächlich mit relativistischer Mechanik durchführen müssten. $1.9 \times 10^{8}$

Ich bezweifle jedoch, dass das Objekt aufgrund von Gezeitenkräften intakt an die Oberfläche gelangen würde. Die Roche-Grenze für das Aufbrechen eines starren Objekts tritt auf, wenn das Objekt einen Abstand wobei und sind die durchschnittlichen Dichten unseres Neutronensterns bzw. Objekts. Für felsiges Material kg / m . Für unseren Bezugsneutronenstern kg / m . Wenn das Objekt näher als km kommt, zerfällt es in seine Atome.

d = 1.26 R {(\frac{ρ_{N S}}{ρ_{O}})}^{1 / 3},

$d = 1.26 R \left(\frac{\rho_{NS}}{\rho_O}\right)^{1/3},$

ρ_{N S}

$\rho_{NS}$

ρ_{O}

$\rho_O$

ρ_{O} ≃ 5000

$\rho_O \simeq 5000$

^{3}

$^{3}$

ρ_{N S} ≃ 7 \times 10^{17}

$\rho_{NS} \simeq 7\times10^{17}$

^{3}

$^{3}$

d = 500, 000

$d= 500,000$

Es wird somit als extrem heißes, ionisiertes Gas in die Nähe des Neutronensterns gelangen. Wenn das Material jedoch auch nur den geringsten Drehimpuls aufweist, kann es nicht direkt auf die Neutronensternoberfläche fallen, ohne zuvor diesen Drehimpuls abzugeben. Es wird daher eine Akkretionsscheibe bilden (oder verbinden). Wenn der Drehimpuls nach außen transportiert wird, kann sich das Material nach innen bewegen, bis es in das Magnetfeld des Neutronensterns eingehängt wird und seine endgültige Reise auf die Neutronenoberfläche unternimmt, wobei es wahrscheinlich einen Akkretionsschock durchläuft, wenn es sich dem Magnetpol nähert, wenn sich das Objekt befindet bereits stark akkretierend. Etwa einige Prozent der Restmassenenergie werden in kinetische Energie und dann in Wärme umgewandelt, die sich zusammen mit Materie (Kerne und Elektronen) teilweise in der Neutronensternkruste ablagert und teilweise weggestrahlt wird.

Bei den hohen Dichten in der äußeren Kruste wird der Rohstoff (sicherlich wenn er viele Protonen enthält) in schnellen Kernreaktionen verbrannt. Wenn in kurzer Zeit genügend Material angesammelt wird, kann dies zu einem außer Kontrolle geratenen thermonuklearen Ausbruch führen, bis alle leichten Elemente verbraucht sind. Durch nachfolgende Elektroneneinfangvorgänge wird das Material immer neutronenreicher, bis es sich auf die Gleichgewichtszusammensetzung der Kruste einstellt, die aus neutronenreichen Kernen und ultrarelativistisch entarteten Elektronen (keine freien Neutronen) besteht.

— Rob Jeffries
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