Czym jest materia zdegenerowana?
Zdegenerowana materia jest dziwną formą egzotycznej materii utworzonej w rdzeniach masywnych gwiazd, w których atomy, a nawet cząstki subatomowe są upakowane tak blisko, że pierwotne źródło ciśnienia nie jest już termiczne, lecz kwantowe - podyktowane ograniczeniami określonymi przez zasadę wykluczenia Pauliego, co zapewnia, że żadne dwie cząstki nie mogą zajmować tego samego stanu kwantowego. W niektórych okolicznościach przydatne jest również traktowanie elektronów przewodzących w metalach jako materii zdegenerowanej z powodu ich wysokiej gęstości. Zdegenerowana materia, a zwłaszcza wodór metaliczny, była wcześniej wytwarzana w laboratorium przy użyciu ciśnień ponad miliona atmosfer (> 100 GPa).
Zdegenerowana materia jest wyjątkowa, ponieważ jej ciśnienie jest tylko częściowo podyktowane temperaturą, a ciśnienie w rzeczywistości pozostałoby, nawet gdyby temperatura materii spadła do zera absolutnego. Jest to zupełnie inne niż gazy idealne, o których uczymy się na zajęciach z fizyki, gdzie temperatura i ciśnienie / objętość są ściśle powiązane.
W celu zwiększenia gęstości powszechne formy zdegenerowanej materii obejmują wodór metaliczny, obecny w dużych ilościach w rdzeniu masywnych planet, takich jak Jowisz i Saturn; biała materia karłowata, znaleziona w białych karłach, którymi kiedyś stanie się nasze Słońce; neutron, znajdowany w gwiazdach neutronowych, punkt końcowy ewolucji gwiazd dla gwiazd o masie od 1,35 do około 2,1; dziwna materia; lub materia kwarkowa, również postulowana jako istnienie w obrębie bardzo masywnych gwiazd.
W przypadku białych karłów materiał ten nazywany jest materią zdegenerowaną elektronowo, ponieważ nie ma wystarczającej energii do zapadnięcia elektronów w jądra atomowe i wytworzenia neutronu. W gwiazdach neutronowych materiał nazywa się materią zdegenerowaną neutronowo, ponieważ ciśnienie jest tak duże, że elektrony łączą się z protonami, tworząc materię złożoną wyłącznie z neutronów. W normalnych warunkach wolne neutrony ulegają degeneracji w proton i elektron w ciągu około 15 minut, ale pod ogromnym ciśnieniem gwiazdy neutronowej materia zawierająca tylko neutron jest stabilna.
Uważa się, że najbardziej ekstremalna forma zdegenerowanej materii, dziwna materia, istnieje w gwiazdach kwarku, gwiazdach o masie gdzieś między gwiazdami neutronowymi a czarnymi dziurami, w których powstają kwarki składające się z neutronów i zupa kwarkowa. Gwiazdy kwarkowe są potencjalnym kandydatem do tajemniczej ciemnej materii, która stanowi większość masy obserwowanych galaktyk.