Что произойдет, если отломить кусок нейтронной звезды? 
Представьте, каково это – заснуть и не проснуться… А теперь представьте, каково это проснуться, если ты не заснул.Иногда самые интересные эксперименты по физике можно провести только в воображении.— Алан Уоттс
Несмотря на физические ограничения, которые не позволяют нам куда-либо отправиться, разрезать и детально изучить любой интересующий нас объект во Вселенной, наше понимание материи – во всех ее проявлениях – и законов, которые ею управляют, продвинулось довольно далеко.
На этой неделе мне было трудно выбрать самый интересный вопрос, но я остановился на умопомрачительном вопросе от Руи Карвалью, который звучит следующим образом:
Если бы мы отломили кусок нейтронной звезды (кубический сантиметр) и удалили его из нее, что бы с ней произошло?Что это за звезды – нейтронные?
Как следует из названия, это шарики нейтронов, связанные между собой сильным гравитационным притяжением, с массой, примерно равной массе такой звезды, как Солнце.
Но это, конечно, полная чушь, поскольку нейтроны не могут существовать долго.
Вы можете взять любую интересующую вас частицу, изолировать ее и посмотреть, что произойдет. Для трех частиц, составляющих большую часть обычной материи — протонов, нейтронов и электронов — результаты будут совсем другими.
Электроны — это фундаментальные и самые легкие стабильные частицы с электрическим зарядом.
Насколько нам известно, они абсолютно стабильны и не распадаются.
Протоны — это сложные частицы, состоящие из кварков и глюонов.
В принципе, они могут распасться и мы постарались разобраться в этом вопросе.
Мы построили огромные контейнеры, наполненные отдельными протонами — по 10 в каждом.
33 протоны - и годами ждали, распадется ли кто-нибудь из них.
Спустя десятилетия мы выяснили, что даже если протон нестабилен, период его полураспада составляет не менее 10 35 лет или в 10 25 раз больше возраста Вселенной.
Судя по всему, они тоже абсолютно стабильны.
Но не нейтроны! Если вы наблюдаете свободный нейтрон, то он, скорее всего, исчезнет в течение 15 минут, распавшись на протон, электрон и антинейтрино (период его полураспада составляет 10 минут).
Как же тогда нам получить такой объект, как нейтронная звезда?
Существует разница между свободным и связанным нейтроном, поэтому многие элементы и изотопы не распадаются: когда ядро связано, оно имеет определенное количество энергии связи, достаточное для поддержания стабильности нейтронов.
В случае стабильных элементов некоторые конфигурации оказываются более стабильными, чем другие, всего существует примерно 254 стабильных варианта.
Не исключено, что на больших временных масштабах некоторые из них окажутся нестабильными — мы просто еще этого не обнаружили.
Но они не особенно тяжелы и содержат не так много нейтронов.
Самый тяжелый стабильный элемент — свинец под номером 82, с четырьмя известными стабильными изотопами: Pb-204, Pb-206, Pb-207 и Pb-208. Так, из всех известных стабильных элементов самым тяжелым является ядро с 82 протонами и 126 нейтронами.
Но это при условии, что частицы связывают ядерные силы.
Но в случае с нейтронной звездой виновато другое.
Чтобы понять, давайте разберемся, как возникает нейтронная звезда.
Самые массивные звезды — самые яркие и голубые, рожденные в молодых звездных скоплениях — синтезируют гелий из водорода в своих ядрах, как и все молодые звезды.
Но в отличие от таких звезд, как Солнце, им требуются не миллиарды лет, чтобы сжечь все свое топливо, а несколько миллионов или даже меньше, поскольку сверхвысокие температуры и плотности приводят к очень высокой скорости термоядерного синтеза.
Когда у них заканчивается водород, внутренности звезды начинают сжиматься и нагреваться.
При достижении критической температуры в звезде начинается синтез углерода из гелия, что приводит к еще более активному выделению энергии.
Всего через несколько тысяч лет гелий закончится, а внутренности сожмутся еще сильнее, нагреваясь до температур, которых ядро Солнца никогда не достигнет. В таких экстремальных условиях из углерода синтезируется кислород, а затем в последующих реакциях из кислорода получаются кремний и сера, из кремния — железо, и тогда у нас возникает проблема.
Железо – самый стабильный элемент. Имея 26 протонов и 30 нейтронов, он имеет самое высокое соотношение энергии связи на нуклон, а это означает, что все остальные комбинации менее стабильны.
(В некоторых отношениях никель-62 несколько более стабилен, но для простоты мы остановимся на железе-56).
Конечно, есть элементы тяжелее железа, но они не создаются путем синтеза из железа.
Когда ядро наполняется железом, оно начинает сжиматься под действием силы тяжести, и топлива для сжигания больше не остается.
А остается невероятно горячая и плотная плазма, которая постоянно нагревается и становится плотнее.
При достижении критического значения – неожиданность – начинается синтез из электронов и протонов, что приводит к появлению нейтронов, нейтрино и энергии! 
Эта реакция производит столько энергии, что весь верхний слой звезды разрушается при взрыве сверхновой, поскольку синтез электронов и протонов в нейтроны и нейтрино занимает всего несколько секунд. 
Пройдут недели и месяцы, чтобы внешние слои отлетели от звезды, а ядро сжалось в шар нейтронов под воздействием огромной силы, но не ядерной, а гравитационной.
Нейтронная звезда весит примерно столько же, сколько Солнце, и вся эта масса сосредоточена в объеме радиусом всего несколько километров.
Плотность звезды равна 10. 19 килограмм на кубический метр и является самым плотным трехмерным объектом, известным во Вселенной.
Чтобы нейтрон был стабильным и не распадался, энергия связи с ним должна превышать разницу между массами нейтрона и протона, примерно 1 МэВ, или 0,1% массы нейтрона.
Нейтроны в ядре довольно легко сдержать, но те, что на поверхности, будут находиться в самых редких условиях.
Если масса нейтронной звезды равна солнечной, а радиус 3 км, то связанный на поверхности нейтрон будет иметь энергию связи 400 МэВ: достаточно, чтобы предотвратить его распад.
Что, если мы вытянем кубический сантиметр такой материи, как спрашивает Руи, из нейтронной звезды? Что мы получим? 
К сожалению, гравитационная энергия связи нейтронов на поверхности составит всего 0,07 эВ – слишком мало, чтобы удержать их от распада!
В реальной Вселенной происходят похожие ситуации: при столкновении нейтронных звезд друг с другом.
Большая часть материи сливается, образуя черную дыру, но около 3% массы выбрасывается.
Вместо того, чтобы производить экзотическую материю, она быстро распадается и производит большинство самых тяжелых элементов таблицы Менделеева.
Если вам интересно, откуда на Земле взялись такие элементы, как золото, то вот откуда они: в результате слияния нейтронных звезд! 
Итак, если извлечь небольшую массу нейтронов, она быстро распадется на стабильные (или долгоживущие) элементы и изотопы из таблицы Менделеева, за время, не превышающее время жизни нейтрона, и, скорее всего, гораздо быстрее.
Что, если мы захотим отломить кусок, достаточно большой, чтобы нейтроны на его поверхности оставались стабильными? Для этого он должен иметь радиус не менее 200 метров.
Масса такого куска будет сравнима с массой Сатурна и это лишь нижний предел массы, необходимой для достижения вашей цели.
Все, что имеет меньшую массу, распадется.
Так что даже если вы хотите верить, что молот Тора был сделан из вещества нейтронной звезды.
Физика этого не позволит. Он слишком мал, и энергия гравитационной связи будет слишком маленькой, что приведет к быстрому и катастрофическому радиоактивному распаду.
Спасибо за отличный вопрос, Руи, и я надеюсь, что если ваша мечта — создать самую маленькую нейтронную звезду, вы начнете мыслить масштабно! Отправьте меня Ваши вопросы и предложения для будущих статей.
Теги: #астрономия #Популярная наука #физика #звезды #гравитация #нейтронные звезды #спроси Итана #ядерный синтез
-
Dlp И Защита Инженерных Данных От Плагиата
19 Oct, 24 -
Crm Продажи За Час
19 Oct, 24 -
Полностью Случайные Числа Без Повторений
19 Oct, 24 -
Смысл, Смысл, Смысл, Смысл, Смысл, Смысл
19 Oct, 24 -
Эксперименты С Записью Жизни (Лайфблогинг)
19 Oct, 24 -
Отключение Шифрования Rc4 В Firefox
19 Oct, 24
