Astronomie

Comment les étoiles à neutrons peuvent-elles avoir des atmosphères gazeuses ?

Comment les étoiles à neutrons peuvent-elles avoir des atmosphères gazeuses ?


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Les étoiles à neutrons peuvent avoir de petites atmosphères. Cependant, ils ont également des tractions gravitationnelles extrêmement fortes. Toutes les molécules de gaz ne devraient-elles pas être attirées à la surface de l'étoile et devenir solides sous l'immense pression ?

Peut-être que j'y pense mal, mais je ne vois pas comment cela pourrait être possible.


La gravité n'est importante que dans la mesure où elle est capable de comprimer le matériau à des densités élevées. La capacité de ce matériau à se solidifier dépend de la compétition entre l'énergie potentielle coulombienne et l'énergie thermique des particules. Le premier augmente avec la densité, le second augmente avec la température. Un plasma dense peut toujours être un gaz s'il est suffisamment chaud.

Une formule approximative pour la hauteur d'échelle exponentielle de l'atmosphère est $$ h = frac{kT}{mu m_u g},$$ où $T$ est la température du gaz, $m_u$ est une unité de masse atomique, $mu$ est le nombre d'unités de masse atomique par particule et $g$ est la gravité de surface, avec $g = GM/R^2$.

Pour une étoile à neutrons typique avec $R=10$ km, $M= 1.4M_{odot}$, nous avons $g=1.86 imes 10^{12}$ m/s$^2$. L'atmosphère pourrait être un mélange d'hélium ionisé ($mu=4/3$) ou peut-être de fer ($mu = 56/27$), alors disons $mu=2$ pour plus de simplicité. La température à la surface de l'étoile à neutrons changera avec le temps ; typiquement pour un jeune pulsar, la température de surface peut être de 10$^{6}$K.

Cela donne $h = 2$ mm.

Pourquoi n'est-ce pas un "solide" ? Parce que l'énergie thermique des particules est plus grande que l'énergie de liaison coulombienne dans n'importe quel réseau solide que les ions pourraient former. Ce n'est pas le cas dans la surface solide sous l'atmosphère car la densité croît très rapidement (de 10$^{6}$ kg/m$^{3}$ à plus de 10$^{10}$ kg/m$^{ 3}$ (où la solidification a lieu) à seulement quelques cm, car la hauteur de l'échelle est si petite. Bien sûr, la température augmente aussi, mais pas plus d'un facteur d'environ 100. Après cela, la densité est suffisamment élevée pour dégénérescence électronique, et le matériau devient approximativement isotherme et à une faible profondeur, la "température de congélation" tombe en dessous de la température isotherme.


Voir la vidéo: Les étoiles à neutrons, cest quoi? astronomie (Novembre 2024).