Co je to degenerovaná hmota?

Degenerovaná hmota je bizarní forma exotické hmoty vytvořené v jádrech hmotných hvězd, kde atomy nebo dokonce subatomické částice jsou baleny tak těsně, že primární zdroj tlaku již není termální, ale kvantově - diktovaný omezeními stanovenými Pauliho vylučovacím principem, což tvrdí, že žádné dvě částice nemohou zaujímat stejný kvantový stav. Za určitých okolností je také užitečné zacházet s vodivými elektrony v kovech jako s degenerovanou hmotou kvůli jejich vysoké hustotě. Degenerovaná hmota, konkrétně kovový vodík, byla vytvořena v laboratoři již dříve za použití tlaků přes milion atmosfér (> 100 GPa).

Degenerovaná hmota je jedinečná v tom, že její tlak je jen částečně diktován teplotou a tlak by ve skutečnosti zůstal, i kdyby byla teplota hmoty snížena na absolutní nulu. To je úplně jiné než ideální plyny, o kterých se dozvíme ve třídě fyziky, kde teplota a tlak / objem spolu úzce souvisejí.

V pořadí rostoucí hustoty zahrnují běžné formy degenerované hmoty kovový vodík, přítomný ve velkých množstvích v jádru masivních planet, jako jsou Jupiter a Saturn; bílá trpaslík, nalezená v bílých trpaslících, které se naše Slunce jednoho dne stane; neutronium, nalezené v neutronových hvězdách, koncový bod hvězdného vývoje hvězd od 1,35 do asi 2,1 solárních hmot; podivná hmota; nebo kvarková hmota, předpokládaná také ve velmi hmotných hvězdách.

U bílých trpaslíků je tento materiál označován jako elektronově degenerovaná hmota, protože není dostatek energie pro zhroucení elektronů do atomových jader a vytvoření neutronia. V neutronových hvězdách se tento materiál nazývá neutron-degenerovaná hmota, protože tlak je tak velký, že elektrony se spojí s protony a vytvoří hmotu, která se skládá pouze z neutronů. Za normálních podmínek se volné neutrony degenerují na proton a elektron asi za 15 minut, ale pod obrovským tlakem neutronové hvězdy je hmota pouze neutronů stabilní.

Nejextrémnější forma degenerované hmoty, podivná hmota, je myšlenka, že existuje v kvarkových hvězdách, hvězdách s hmotností někde mezi neutronovými hvězdami a černými dírami, v nichž se tvoří oddělující kvarky neutronů a kvarková polévka. Kvarkové hvězdy jsou možným kandidátem na záhadnou temnou hmotu, která tvoří většinu hmoty pozorovaných galaxií.