Что такое вырожденная материя?

Вырожденная материя - это причудливая форма экзотической материи, созданная в ядрах массивных звезд, где атомы или даже субатомные частицы упакованы так близко, что основной источник давления уже не является тепловым, а квантовым, что диктуется ограничениями, установленными принципом исключения Паули, который утверждает, что никакие две частицы не могут занимать одно и то же квантовое состояние. В некоторых случаях полезно также рассматривать электроны проводимости в металлах как вырожденное вещество из-за их высокой плотности. Вырожденное вещество, в частности металлический водород, ранее создавалось в лаборатории с использованием давления более миллиона атмосфер (> 100 ГПа).

Вырожденное вещество уникально тем, что его давление только частично определяется температурой, и давление фактически останется, даже если температура вещества снизится до абсолютного нуля. Это сильно отличается от идеальных газов, о которых мы узнаем на уроке физики, где температура и давление / объем тесно связаны.

В порядке увеличения плотности распространенные формы вырожденного вещества включают металлический водород, присутствующий в больших количествах в ядре массивных планет, таких как Юпитер и Сатурн; вещество белого карлика, найденное в белых карликах, которым когда-нибудь станет наше Солнце; нейтроний, обнаруженный в нейтронных звездах, является конечной точкой эволюции звезд для звезд от 1,35 до 2,1 масс Солнца; странное дело; или кварковая материя, также постулированная для существования в очень массивных звездах.

У белых карликов этот материал называют вырожденным электроном, потому что энергии недостаточно для коллапса электронов в атомные ядра и образования нейтрония. В нейтронных звездах материал называется нейтронно-вырожденным веществом, потому что давление настолько велико, что электроны сливаются с протонами, создавая вещество, состоящее только из нейтронов. При нормальных условиях свободные нейтроны вырождаются в протон и электрон примерно через 15 минут, но под огромным давлением нейтронной звезды, только нейтронное вещество стабильно.

Считается, что самая крайняя форма вырожденной материи, странная материя, существует в кварковых звездах, звездах с массой где-то между нейтронными звездами и черными дырами, в которых образуются кварки, разделяющие нейтроны, и создается суп из кварков. Звезды кварка - возможный кандидат на таинственную темную материю, которая составляет большую часть массы наблюдаемых галактик.