De quel atome est constituée une étoile à neutrons?

J'ai compris que tout était fait d' atomes .

Un atome est la plus petite unité constitutive de la matière ordinaire qui possède les propriétés d'un élément chimique. Chaque solide, liquide, gaz et plasma est composé d'atomes neutres ou ionisés

Cependant avec Neutron Stars ;

les modèles de base de ces objets impliquent que les étoiles à neutrons sont composées presque entièrement de neutrons, qui sont des particules subatomiques

Cela signifie-t-il que les neutrons peuvent exister en dehors d'un atome et qu'une étoile à neutrons n'est pas composée d'un élément reconnaissable sur le tableau périodique?

Oui, les neutrons peuvent exister en dehors de l'atome (ou du noyau). Dans l'espace libre, un neutron se désintègre bêta en un proton, un électron et un anti-neutrino sur une échelle de temps de 10 minutes. Cependant, dans les intérieurs denses d'une étoile à neutrons, les électrons forment un gaz dégénéré, avec tous les niveaux d'énergie possibles remplis jusqu'à quelque chose appelé l' énergie de Fermi .

Une fois que l'énergie de Fermi des électrons dépasse l'énergie maximale de tout électron de désintégration bêta possible, la désintégration bêta est bloquée et les neutrons libres deviennent stables. C'est ce qui se passe à l'intérieur d'une étoile à neutrons et vous vous retrouvez principalement avec des neutrons avec une petite fraction, peut-être quelques pour cent d'électrons et de protons.

Dans les parties extérieures de l'étoile à neutrons, les protons et les neutrons peuvent toujours s'organiser en noyaux (mais pas en atomes), mais ces noyaux sont extrêmement riches en neutrons (ils n'existeraient normalement pas dans la nature) et ne sont stabilisés contre la désintégration bêta que par le processus que j'ai décrit ci-dessus. L'enveloppe très externe peut être constituée de noyaux d'éléments de pics de fer complètement ionisés et il peut y avoir une couche ultramince (quelques cm) d'hydrogène ionisé reconnaissable, d'hélium et de carbone (par exemple Wynn & Heinke 2009 ).

Une fois que la densité atteint environ kg / m il devient plus favorable pour les neutrons et les protons de s'organiser en "macro-noyaux" - longues chaînes et feuilles de matière nucléaire, connues familièrement sous le nom de pâtes nucléaires .$3 \times 10^{16}$$^3$

À des densités encore plus élevées, les pâtes se dissolvent dans une soupe composée principalement de neutrons avec environ 1% de protons et d'électrons.

Le diagramme ci-dessous (tiré de Watanabe et al. 2012 ) montre à peu près comment ces couches sont organisées. Il convient de souligner que cela est basé sur une modélisation théorique, la théorie devenant moins sûre à mesure que l'on pénètre dans l'étoile à neutrons. Le test de ces idées implique des expériences nucléaires et de particules, des observations de pulsars, du refroidissement des étoiles à neutrons, des sursauts de rayons X, des estimations de masse et de rayon dans les systèmes binaires, des pépins de pulsar, etc., etc. Aucun des détailsont été confirmés par observation au-delà de toute contestation, mais l'image de base ci-dessous correspond à ce que nous savons. En particulier, la croûte et les régions fluides n, p, e sont bien comprises en théorie. Les détails des phases des pâtes nucléaires font encore l'objet de nombreux travaux théoriques, tout comme les détails de la superfluidité à l'intérieur, et ce qui se passe dans les régions très centrales (noyau neutronique solide, phases extra hadroniques, condensation des bosons, matière des quarks) ) est toujours théoriquement difficile et non testé par l'observation, sauf peut-être pour dire que les équations d'état les plus douces ont été exclues par l'existence d' étoiles à neutrons .$2M_{\odot}$

Une réponse plus historique / linguistique que physique:

Démocrite a proposé que la matière ne puisse pas être divisée à l'infini, mais qu'à un moment donné on atteindrait un morceau le plus petit possible, qu'il appelait atomos , pour "non coupé". Il avait tout à fait raison à notre connaissance.

Avant 1930 environ, nous, les humains modernes, avons appliqué par erreur son mot "atome" à ce que nous considérions alors comme le plus petit morceau d'un élément chimique qui conservait ses propriétés, car personne n'en avait jamais subdivisé un, et les processus chimiques se comportaient comme s'ils étaient petits particules indivisibles.

Après que ce genre d '"atome" ait été divisé, nous étions coincés avec le mot. Ce que Démocrite appelait aujourd'hui «atome», nous l'appellerions aujourd'hui «quark ou lepton», des choses que nous pensons fondamentales et non divisibles. Mais nous pourrions nous tromper là aussi, si les futurs physiciens divisent ces choses.

Toutes les choses ordinaires de nos vies - vous, moi, la Terre, votre maison, votre nourriture, etc., sont constituées d '"atomes" au sens de 1920, interagissant chimiquement, électriquement et gravitationnellement. Même le Soleil est composé d'atomes, mais dans ce cas, ils ne sont pas tout à fait inséparables car ils fusionnent et se transforment en différents types.

Certaines choses rares et exotiques dans l'univers ne sont pas constituées d'atomes au sens de 1920, comme les étoiles à neutrons. Bien qu'ils soient faits de petits quarks et leptons indivisibles; des atomes au sens de Démocrite.