Que se passerait-il si un corps tombait dans une étoile à neutrons?

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Nous connaissons les étoiles à neutrons comme un objet très massif avec des forces gravitationnelles extrêmement fortes qui se composent principalement de neutrons.

Je ne pouvais pas m'empêcher de me demander, que se passerait-il si un objet tombait dans une étoile à neutrons, que deviendrait-il? La transformera-t-elle également en neutrons? Et sera une sorte d'émission de rayonnement d'accompagnement?

star gravity neutron-star

— Yoda
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Les étoiles à neutrons sont loin d'être «entièrement composées de neutrons». Il y a beaucoup d'électrons dans la croûte, et très probablement une enveloppe extérieure de fer entièrement ionisé. Donc, tout ce qui touche cette enveloppe sera probablement entièrement ionisé également, mais quelle fraction (le cas échéant) est susceptible de subir une fusion en éléments plus lourds, je n'en suis pas sûr, d'autant plus qu'il sera d'abord déchiré par les forces de marée.

— Stan Liou

@StanLiou Merci de l'avoir signalé, je modifierai la question en conséquence.

— Yoda

@StanLiou: Étant donné que la libération d'énergie par unité de masse au moment de l'impact est beaucoup plus importante que l'énergie de liaison nucléaire par unité de masse de l'impacteur, l'ionisation et les liaisons nucléaires ne sont pas pertinentes. Le résultat serait le même que si l'objet n'était qu'un ensemble de protons et de neutrons.

— Alexey Bobrick

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Pas de calculs détaillés, mais une réponse qualitative: selon la trajectoire de l'impacteur, les résultats varieront un peu, mais il est clair que l'énergie potentielle de l'impacteur sera transformée en une grande quantité d'énergie cinétique avant l'impact. L'énergie cinétique sera ensuite transformée principalement en chaleur lors de l'impact, transformant une partie substantielle de la masse de l'impacteur en rayons X et gamma.

Les restes de l'impacteur seront transformés en plasma, la plupart des électrons se déplaçant indépendamment de leurs anciens noyaux, et dispersés principalement dans l'atmosphère (une mince couche de quelques millimètres) de l'étoile à neutrons. Les énergies seront suffisamment élevées pour déclencher la fusion nucléaire ainsi que la fission, ainsi que d'autres réactions de particules de haute énergie. Une partie de l'énergie sera transformée en champs magnétiques, qui peuvent également être très forts sur les étoiles à neutrons.

Aucun mélange important avec l'intérieur de l'étoile à neutrons n'est à prévoir au premier instant pour les petits impacteurs en raison de la forte inertie et de la densité des parties internes de l'étoile à neutrons.

Dans certains cas, l'impact pourrait déclencher l'effondrement de l'étoile à neutrons dans un trou noir, en fonction de la masse de l'étoile à neutrons et de la masse de l'impacteur.

Plus d'informations sur la structure interne des étoiles à neutrons sur Wikipédia . ("La matière tombant à la surface d'une étoile à neutrons serait accélérée à une vitesse énorme par la gravité de l'étoile. La force de l'impact détruirait probablement les atomes constitutifs de l'objet, rendant toute sa matière identique, à bien des égards, au reste de l'étoile. . ")

En savoir plus sur la limite Chandrasekhar des étoiles à neutrons .

— Gerald
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Supposons que ce qui tombe sur l'étoile à neutrons est un matériau "normal" - c'est-à-dire une planète, un astéroïde ou quelque chose comme ça. Lorsque le matériau se dirige vers l'étoile à neutrons, il gagne une énorme quantité d'énergie cinétique. Si nous supposons qu'elle commence à l'infini, alors l'énergie gagnée (et transformée en énergie cinétique) est approximativement (en ignorant GR) où est le masse de l'objet (qui annule) et et sont la masse et le rayon de l'étoile à neutrons (supposons des valeurs typiques de et 10 km respectivement).

\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_{⊙}

$1.4 M_{\odot}$

Cela se traduit par une vitesse à l'approche de la surface de l'étoile à neutrons de m / s - c'est-à-dire suffisamment grande pour que vous ayez à faire le calcul en utilisant la mécanique relativiste. $1.9 \times 10^{8}$

Cependant, je doute que l'objet atteindrait la surface intacte, en raison des forces de marée. La limite Roche pour la rupture d'un objet rigide se produit lorsque l'objet est à une distance où et sont respectivement les densités moyennes de notre étoile à neutrons et de notre objet. Pour les matériaux rocheux, kg / m . Pour notre étoile à neutrons fiduciaux kg / m . Ainsi, lorsque l'objet se rapproche de km, il se désintègre en ses atomes constitutifs.

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

$d= 500,000$

Il arrivera ainsi au voisinage de l'étoile à neutrons sous forme de gaz ionisé extrêmement chaud. Mais si le matériau a même la moindre impulsion angulaire, il ne pourrait pas tomber directement sur la surface de l'étoile à neutrons sans d'abord perdre cette impulsion angulaire. Il va donc former (ou rejoindre) un disque d'accrétion. Lorsque la quantité de mouvement angulaire est transportée vers l'extérieur, le matériau peut se déplacer vers l'intérieur jusqu'à ce qu'il soit accroché au champ magnétique de l'étoile à neutrons et fasse son dernier voyage sur la surface des neutrons, passant probablement par un choc d'accrétion à mesure qu'il se rapproche du pôle magnétique, si l'objet est accrétant déjà fortement. Environ quelques pour cent de l'énergie de masse restante sont convertis en énergie cinétique puis en chaleur qui est en partie déposée dans la croûte des étoiles à neutrons avec la matière (noyaux et électrons) et en partie rayonnée.

Aux densités élevées de la croûte externe, la matière première (certainement si elle contient de nombreux protons) sera brûlée lors de réactions nucléaires rapides. Si suffisamment de matière s'accumule en peu de temps, cela peut entraîner une explosion thermonucléaire incontrôlée jusqu'à ce que tous les éléments légers aient été consommés. Les captures d'électrons ultérieures rendent le matériau de plus en plus riche en neutrons jusqu'à ce qu'il se dépose dans la composition d'équilibre de la croûte, qui se compose de noyaux riches en neutrons et d'électrons dégénérés ultra-relativistes (pas de neutrons libres).

— Rob Jeffries
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