พาสต้านิวเคลียร์

ในสาขาฟิสิกส์ดาราศาสตร์และฟิสิกส์นิวเคลียร์นิวเคลียร์พาสต้า เป็น สสารเสื่อมสภาพเชิงทฤษฎีชนิดหนึ่งที่สันนิษฐานว่ามีอยู่ภายในเปลือกของดาวนิวตรอนหากมีอยู่จริง นิวเคลียร์พาสต้าจะเป็นสสารที่แข็งแกร่งที่สุดในจักรวาล[ 1 ]ระหว่างพื้นผิวของดาวนิวตรอนและพลาสมาควาร์ก-กลูออนที่แกนกลาง ที่ความหนาแน่นของสสาร 10 14 g /cm 3 แรงดึงดูดนิวเคลียร์และ แรง ผลักคูลอมบ์มีขนาดใกล้เคียงกัน การแข่งขันระหว่างแรงเหล่านี้ทำให้เกิดโครงสร้างที่ซับซ้อนหลากหลายชนิดที่ประกอบขึ้นจากนิวตรอนและโปรตอนนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์เรียกโครงสร้างประเภทนี้ว่านิวเคลียร์พาสต้าเนื่องจากรูปทรงเรขาคณิตของโครงสร้างคล้ายกับพาสต้า ชนิดต่างๆ [ 2 ] [ 3 ]
การก่อตัว
ดาวนิวตรอนก่อตัวขึ้นเป็นซากของดาวฤกษ์ มวลมาก หลังจาก เหตุการณ์ ซูเปอร์โนวาต่างจากดาวฤกษ์ต้นกำเนิด ดาวนิวตรอนไม่ได้ประกอบด้วยพลาสมา ที่เป็นก๊าซ แต่ แรงดึงดูดมหาศาลของมวลที่อัดแน่นเอาชนะแรงดันการเสื่อมสภาพของอิเล็กตรอนและทำให้ เกิด การจับอิเล็กตรอนภายในดาว ผลที่ได้คือลูกบอลขนาดกะทัดรัดของ สสาร นิวตรอน เกือบทั้งหมด ที่มีโปรตอนและอิเล็กตรอนแทรกอยู่ประปราย ซึ่งเติมเต็มพื้นที่ที่มีขนาดเล็กกว่าดาวฤกษ์ต้นกำเนิดหลายพันเท่า[ 4 ]
ที่พื้นผิวความดันต่ำพอที่นิวเคลียส ทั่วไป เช่นฮีเลียมและเหล็กสามารถดำรงอยู่ได้อย่างอิสระจากกันและกัน และไม่ถูกบีบอัดเข้าด้วยกันเนื่องจากแรงผลักคูลอมบ์ระหว่างนิวเคลียสของพวกมัน[ 5 ] ที่แกนกลาง ความดันสูงมากจนแรงผลักคูลอมบ์นี้ไม่สามารถรองรับนิวเคลียสแต่ละตัวได้ และ ควรมี สสารที่มีความหนาแน่นสูงมากบางรูปแบบ เช่นพลาสมาควาร์ก-กลูออน ตามทฤษฎี
การมีโปรตอนจำนวนเล็กน้อยเป็นสิ่งจำเป็นต่อการก่อตัวของนิวเคลียร์พาสต้าแรงดึงดูดระหว่างโปรตอนและนิวตรอนมีมากกว่าแรงดึงดูดระหว่างโปรตอนสองตัวหรือนิวตรอนสองตัว คล้ายกับที่นิวตรอนทำหน้าที่ทำให้เสถียรภาพของนิวเคลียสหนักของอะตอม ทั่วไปเมื่อเทียบกับ แรงผลักทางไฟฟ้าของโปรตอน โปรตอนก็ทำหน้าที่ทำให้เฟสพาสต้ามีเสถียรภาพ การแข่งขันระหว่างแรงผลักทางไฟฟ้าของโปรตอน แรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียส และความดันที่ระดับความลึกต่างๆ ในดาวฤกษ์นำไปสู่การก่อตัวของนิวเคลียร์พาสต้า[ 6 ]
ระยะต่างๆ
แม้ว่าจะไม่พบการสังเกตพบนิวเคลียร์พาสต้าในดาวนิวตรอน แต่ก็มีทฤษฎีว่าเฟสของมันอาจมีอยู่ในเปลือกชั้นในของดาวนิวตรอน โดยก่อตัวเป็นบริเวณเปลี่ยนผ่านระหว่างสสาร ทั่วไป ที่พื้นผิวและสสารที่มีความหนาแน่นสูงมากที่แกนกลาง เฟสทั้งหมดคาดว่าจะไม่มีรูปร่างที่แน่นอนโดยมีการกระจายประจุที่ไม่สม่ำเสมอ[ 2 ]บริเวณด้านบนของบริเวณเปลี่ยนผ่านนี้ ความดันจะสูงมากพอที่นิวเคลียสทั่วไปจะควบแน่นกลายเป็นกลุ่มครึ่งทรงกลมที่มีมวลมากกว่ามาก การก่อตัวเหล่านี้จะไม่เสถียรนอกดาว เนื่องจากมีปริมาณนิวตรอนสูงและขนาดที่สามารถแตกต่างกันได้ระหว่างหลายสิบถึงหลายร้อยนิวคลีออน เฟสครึ่งทรงกลมนี้เรียกว่าเฟสญ็อกกี[ 7 ]
เมื่อเฟสญ็อกกีถูกบีบอัด ดังที่คาดไว้ในชั้นที่ลึกกว่าของเปลือกโลก แรงผลักทางไฟฟ้าของโปรตอนในญ็อกกีไม่เพียงพอที่จะรักษาการดำรงอยู่ของทรงกลมแต่ละอัน และพวกมันจะถูกบดขยี้เป็นแท่งยาว ซึ่งขึ้นอยู่กับความยาวของมัน อาจมีนิวคลีออนหลายพันตัว แท่งเหล่านี้เรียกว่าเฟสสปาเก็ตตีการบีบอัดเพิ่มเติมทำให้แท่งเฟสสปาเก็ตตีหลอมรวมกันและก่อตัวเป็นแผ่นของสสารนิวเคลียร์ที่เรียกว่าเฟสลาซาน ญา การบีบอัดเฟสลาซานญาเพิ่มเติมทำให้เกิดสสารนิวเคลียร์ที่สม่ำเสมอของแกน กลางชั้นนอก เมื่อลึกเข้าไปในเปลือกโลกชั้นใน รูในพาสต้านิวเคลียร์จะเปลี่ยนจากทรงกระบอก ซึ่งบางคนเรียกว่าเฟสบูกาตินีหรือเฟสแอนติสปา เก็ตตี ไปเป็นรูทรงกลมที่กระจัดกระจาย ซึ่งอาจเรียกว่าเฟสชีสส วิ ส[ 6 ]นิวเคลียสหายไปที่ส่วนต่อประสานระหว่างเปลือกโลกและแกนกลาง เปลี่ยนไปเป็นแกนนิวตรอนเหลวของดาวฤกษ์
เฟสพาสต้ายังมี คุณสมบัติ ทางทอพอโลยี ที่น่าสนใจ ซึ่งมีลักษณะเฉพาะโดยกลุ่มโฮโมโลยี[ 7 ]
สำหรับดาวนิวตรอนทั่วไปที่มีมวล 1.4 เท่าของ มวลสุริยะ ( M☉ ) และรัศมี 12 กิโลเมตร ชั้นนิวเคลียร์พาสตาในเปลือกดาวอาจมีความหนาประมาณ 100 เมตรและมีมวลประมาณ 0.01 เท่าของ มวล ในแง่ของมวล นี่เป็นส่วนสำคัญของเปลือกดาวนิวตรอน[ 8 ] [ 9 ]