O que é matéria degenerada?
A matéria degenerada é uma forma bizarra de matéria exótica criada nos núcleos de estrelas massivas, onde átomos ou até partículas subatômicas são tão próximas que a fonte primária de pressão não é mais térmica, mas quântica - ditada pelas limitações estabelecidas pelo princípio de exclusão de Pauli, que afirma que duas partículas não podem ocupar o mesmo estado quântico. Em algumas circunstâncias, também é útil tratar elétrons de condução em metais como matéria degenerada, devido à sua alta densidade. A matéria degenerada, especificamente o hidrogênio metálico, foi criada em um laboratório antes, usando pressões acima de um milhão de atmosferas (> 100 GPa).
A matéria degenerada é única, pois sua pressão é ditada apenas parcialmente pela temperatura, e a pressão permaneceria de fato mesmo que a temperatura da matéria fosse diminuída para zero absoluto. Isso é bem diferente dos gases ideais que aprendemos na aula de física, onde temperatura e pressão / volume estão intimamente relacionados.
Em ordem crescente de densidade, formas comuns de matéria degenerada incluem hidrogênio metálico, presente em grandes quantidades no núcleo de planetas maciços como Júpiter e Saturno; matéria anã branca, encontrada em anãs brancas, que nosso Sol se tornará um dia; neutrônio, encontrado nas estrelas de nêutrons, o ponto final da evolução estelar para estrelas de 1,35 a cerca de 2,1 massas solares; matéria estranha; ou matéria de quarks, também postulada para existir dentro de estrelas muito massivas.
Nas anãs brancas, o material é chamado de matéria degenerada por elétrons, porque não há energia suficiente para colapsar os elétrons em núcleos atômicos e produzir neutrônio. Nas estrelas de nêutrons, o material é chamado de matéria degenerada por nêutrons, porque a pressão é tão grande que os elétrons se fundem com prótons para criar matéria que consiste em nada além de nêutrons. Sob condições normais, os nêutrons livres degeneram em prótons e elétrons em cerca de 15 minutos, mas sob a tremenda pressão de uma estrela de nêutrons, a matéria somente nêutron é estável.
Pensa-se que a forma mais extrema de matéria degenerada, matéria estranha, exista em estrelas de quarks, estrelas com uma massa em algum lugar entre estrelas de nêutrons e buracos negros, nas quais os quarks constituintes de nêutrons se dissociam e uma sopa de quark é criada. Estrelas quark são um possível candidato para a misteriosa matéria escura que compõe a maior parte da massa de galáxias observadas.