Che cos'è la materia degenerata?
La materia degenerata è una forma bizzarra di materia esotica creata nei nuclei di stelle massicce, in cui gli atomi o anche le particelle subatomiche sono impacchettati così strettamente che la fonte primaria di pressione non è più termica ma quantistica, dettata da limitazioni stabilite dal principio di esclusione di Pauli, il che afferma che non ci sono due particelle in grado di occupare lo stesso stato quantico. È anche utile in alcune circostanze trattare gli elettroni di conduzione nei metalli come materia degenerata, a causa della loro alta densità. La materia degenerata, in particolare l'idrogeno metallico, è stata precedentemente creata in un laboratorio, usando pressioni di oltre un milione di atmosfere (> 100 GPa).
La materia degenerata è unica in quanto la sua pressione è dettata solo parzialmente dalla temperatura, e la pressione rimarrebbe di fatto anche se la temperatura della materia fosse ridotta a zero assoluto. Questo è abbastanza diverso dai gas ideali di cui apprendiamo durante le lezioni di fisica, dove temperatura e pressione / volume sono strettamente correlate.
In ordine di densità crescente, le forme comuni di materia degenerata includono l'idrogeno metallico, presente in grandi quantità nel nucleo di pianeti enormi come Giove e Saturno; materia nana bianca, trovata in nane bianche, che un giorno diventerà il nostro Sole; neutronium, trovato nelle stelle di neutroni, il punto finale dell'evoluzione stellare per le stelle da 1,35 a circa 2,1 masse solari; strana materia; o materia di quark, anche postulata all'interno di stelle molto massicce.
Nelle nane bianche, il materiale è indicato come materia degenerata di elettroni, perché non c'è energia sufficiente per far collassare gli elettroni in nuclei atomici e produrre neutronium. Nelle stelle di neutroni, il materiale è chiamato materia degenerata dai neutroni, perché la pressione è così grande che gli elettroni si fondono con i protoni per creare materia costituita da nient'altro che neutroni. In condizioni normali, i neutroni liberi degenerano in un protone e un elettrone in circa 15 minuti, ma sotto l'enorme pressione di una stella di neutroni, la materia solo neutronica è stabile.
Si pensa che la forma più estrema di materia degenerata, materia strana, sia presente nelle stelle di quark, stelle con una massa da qualche parte tra stelle di neutroni e buchi neri, in cui vengono creati i quark costituenti dei neutroni disaccoppiati e una zuppa di quark. Le stelle di quark sono un possibile candidato per la misteriosa materia oscura che costituisce la maggior parte della massa di galassie osservate.