Een vraag over een neutronenster

[Snowwie]

Een neutronenster is een ster waarbij alle deeltjes van verschillende atomen zijn samengeperst tot neutronen.

Nu het volgende. Voordat de ster supernova ging en een neutronenster werd heeft het allerlei diverse elementen aangemaakt. Variërend van goud, lood, ijzer e.d.

Al deze atomen van deze elementen hebben verschillende hoeveelheden elektronen rondom hun kern van protonen/neutronen draaien. De elektronen zijn negatief geladen en de protonen positief. Neutronen zijn neutraal.

Neem ijzer. IJzer heeft 26 elektronen. Goud daarentegen ongeveer 79 elektronen. Afijn, in het kort komt het er op neer dat al deze verschillende elementen verschillende hoeveelheden elektronen hebben.

Zodra na de supernova de restant van de ster instort tot een neutronenster hoe kan het zijn dat de neutronenster enkel nog een 'neutronenster' wordt genoemd? Het lijkt me toch sterk dat de negatieve lading van alle elektronen alle positieve ladingen van de protonen elkaar volledig opheffen. Niet alleen bevatten de verschillende elementen verschillende hoeveelheden elektronen, maar is de gemiddelde proton ook nog eens 1800x massiever dan een elektron. De kans dat dit elkaar 100% opheft lijkt me statistisch erg klein.

Uiteindelijk zijn de elektronen, protonen en neutronen wel samengeperst tot 1 'deeltje'. Maar is dat deeltje wel helemaal elektrische neutraal? Zoals het neutron standaard is?

[g0tanks]

Ik ben geen astrofysicus, maar ik geloof dat wat jij beschrijft precies is wat er gebeurt. Een neutronenster heeft een zeer hoge dichtheid (omgerekend zou een theelepel met dezelfde dichtheid 1 miljard ton wegen). Er is praktisch geen 'ruimte' meer over tussen de elementaire deeltjes, waardoor de kans dat alle elektronen en protonen fuseren tot neutronen groot is.

Je hebt gelijk dat er elektronen of protonen overblijven, maar er zijn nog steeds significant veel meer neutronen waardoor het simpelweg logisch is om het een neutronenster te noemen. Een neutronenster is dus niet neutraal geladen, maar dat is geen enkel macroscopisch object. De zon heeft een zeer kleine lading van 77 Coulombs, oftewel 1 elektron per miljoen ton massa:

Question: Do stars carry a net electric charge in standard theory?
Answer: Yes.
This has been pointed out before, but a lot is forgotten when arguments are spread over many long threads. In fact, we can go back to the dawn of modern stellar theory, and the book Internal Constitution of the Stars by Sir Arthur Eddington, published in 1926 and reprinted in 1930 (still in print via Dover Publications). Specifically, see page 272, section 191, "Electric Charge in the Interior". By combining the Boltzmann distribution for the energies of electrons & protons in a stellar interior with gravity, Eddington determined a charge deficiency of roughly 1 electron per million tons of matter. Applied to the Sun he determined that this would generate an electric field of about 6.3x10-8 Volts/cm and a total potential at the surface of about 4370 Volts. As Eddington points out, "Our provisional assumption that there is no appreciable separation of charges is thus verified." And a little later, "The electric force, which varies in proportion to gravity in the interior, is absurdly weak, but it stops any diffusion of electrons outwards."

Over je laatste vraag:

Uiteindelijk zijn de elektronen, protonen en neutronen wel samengeperst tot 1 'deeltje'. Maar is dat deeltje wel helemaal elektrische neutraal? Zoals het neutron standaard is?

Bedoel je hiermee nou te zeggen dat neutronensterren uit één deeltje bestaan?

[Snowwie]

[quote]g0tanks schreef op zaterdag 17 december 2016 @ 02:58:
Ik ben geen astrofysicus, maar ik geloof dat wat jij beschrijft precies is wat er gebeurt. Een neutronenster heeft een zeer hoge dichtheid (omgerekend zou een theelepel met dezelfde dichtheid 1 miljard ton wegen). Er is praktisch geen 'ruimte' meer over tussen de elementaire deeltjes, waardoor de kans dat alle elektronen en protonen fuseren tot neutronen groot is.

Je hebt gelijk dat er elektronen of protonen overblijven, maar er zijn nog steeds significant veel meer neutronen waardoor het simpelweg logisch is om het een neutronenster te noemen. Een neutronenster is dus niet neutraal geladen, maar dat is geen enkel macroscopisch object. De zon heeft een zeer kleine lading van 77 Coulombs, oftewel 1 elektron per miljoen ton massa:
[quote]
Oke, dus de deeltjes zitten allemaal wel opééngepakt tot een neutron, maar de lading van deze neutronen kunnen verschillen van het standaard neutron?

Bedoel je hiermee nou te zeggen dat neutronensterren uit één deeltje bestaan?

Nee, enkel uit een bal neutronen die door de zwaartekracht bij elkaar worden gehouden.

[Juup]

Diezelfde ijzer en goud zijn toch om te beginnen al electrisch neutraal (evenveel electronen als protonen)?

[Snowwie]

Juup schreef op zaterdag 17 december 2016 @ 23:41:
Diezelfde ijzer en goud zijn toch om te beginnen al electrisch neutraal (evenveel electronen als protonen)?

Nee, goud bevat 79 electronen en ijzer maar 26.

Maar mocht het wel zo zijn dan verbaast het me dat een proton, met een massa die 1800x groter is dan een elektron, heel toevallig dezelfde tegenovergestelde elektrische lading heeft.

En zelfs mocht dat zo zijn, wat is het effect van 79 elektronen van het goud atoom die samen met de proton en neutronen tot neutronen worden geperst dan bij het ijzer atoom dat slechts 26 elektronen heeft. Hebben beide resultaten dezelfde elektrische lading?

[ Voor 45% gewijzigd door Snowwie op 17-12-2016 23:50 ]

[FooLsKi]

Ik denk dat je "de fout ingaat" door te denken dat elementen zwaarder dan ijzer vòòr de supernova gevormd worden. Zodra een ster ijzer begint te vormen gaat het in rap tempo fout. IJzer maken kost nl. energie i.p.v. dat het energie oplevert. De zwaardere elementen worden gevormd tijdens de explosie. Doordat er geen uitwaartse drruk meer is, omdat ijzer maken de energie zeg maar absorbeert, wint de zwaartekracht en implodeert de kern. Dit 'stuitert' weer terug naar buiten, waardoor een deel van de zwaardere elementen (gelukkig) het universum in wordt geslingerd. Het grootste deel van de kern wordt echter zo zwaar gecomprimeerd dat je een materiaal krijgt wat vermoedelijk grotendeels uit neutronen bestaat.

Dat is tenminste hoe ik het heb begrepen uit de tig documentaires die ik erover heb gezien

[Rannasha]

Snowwie schreef op zaterdag 17 december 2016 @ 23:48:
[...]
Maar mocht het wel zo zijn dan verbaast het me dat een proton, met een massa die 1800x groter is dan een elektron, heel toevallig dezelfde tegenovergestelde elektrische lading heeft.

Toch is dit zo. De lading van een elektron is exact het tegenovergestelde van de lading van een proton. Een ijzer-atoom bevat evenveel elektronen als protonen en is daarom elektrisch neutraal. Dat geldt overigens voor ieder atoom.

Hoewel het mogelijk is dat er iets aan vrije lading in een ster is, is het overgrote deel van de massa elektrisch neutraal en zijn er dus, over de hele ster bekeken net zoveel protonen als elektronen (ongeveer).

Berekeningen van lading van atomen, atoomkernen en hun bestandsdelen zijn heel simpel, een proton is +1, een electron is -1 en een neutron is 0. Onder normale omstandigheden telt het geheel altijd op tot 0.

Overigens bestaan neutronensterren waarschijnlijk niet geheel uit neutronen. De buitenste lagen bevatten, voor zover de modellen nu aangeven, gewone atoomkernen die sterk zijn samengedrukt, waartussen elektronen enigszins vrij kunnen bewegen. Hoe dieper je kijkt, hoe meer dit samengeperste geheel lijkt op een puur neutronenmengsel.

[Bee.nl]

Snowwie schreef op zaterdag 17 december 2016 @ 23:48:
[...]

Nee, goud bevat 79 electronen en ijzer maar 26.

Maar mocht het wel zo zijn dan verbaast het me dat een proton, met een massa die 1800x groter is dan een elektron, heel toevallig dezelfde tegenovergestelde elektrische lading heeft.

En zelfs mocht dat zo zijn, wat is het effect van 79 elektronen van het goud atoom die samen met de proton en neutronen tot neutronen worden geperst dan bij het ijzer atoom dat slechts 26 elektronen heeft. Hebben beide resultaten dezelfde elektrische lading?

De massa van een proton is in deze niet van belang. Een proton is gekwantificeerd als +1e en een elektron als -1e. Ze kunnen tezamen een neutron vormen (omgekeerd betaverval) met een lading van 0e. Zo heeft een goudatoom 79 protonen en 79 elektronen en heeft dus effectief geen lading.

Als de dichtheid enorm toeneemt zullen elektronen op een gegeven moment in staat zijn om te reageren met protonen. Het product hiervan is een neutron en neutrino. Normaliter vervalt een 'vrije' neutron weer in een proton en elektron, maar door de bijzonder hoge dichtheid van een neutronenster ontstaat er een evenwichtssituatie waarbij de neutronenpopulatie in stand wordt gehouden.

[Snowwie]

FooLsKi schreef op zondag 18 december 2016 @ 00:04:
Ik denk dat je "de fout ingaat" door te denken dat elementen zwaarder dan ijzer vòòr de supernova gevormd worden. Zodra een ster ijzer begint te vormen gaat het in rap tempo fout. IJzer maken kost nl. energie i.p.v. dat het energie oplevert. De zwaardere elementen worden gevormd tijdens de explosie. Doordat er geen uitwaartse drruk meer is, omdat ijzer maken de energie zeg maar absorbeert, wint de zwaartekracht en implodeert de kern. Dit 'stuitert' weer terug naar buiten, waardoor een deel van de zwaardere elementen (gelukkig) het universum in wordt geslingerd. Het grootste deel van de kern wordt echter zo zwaar gecomprimeerd dat je een materiaal krijgt wat vermoedelijk grotendeels uit neutronen bestaat.

Dat is tenminste hoe ik het heb begrepen uit de tig documentaires die ik erover heb gezien

Nee, dat weet ik. Het is juist het ijzer dat de supernova veroorzaakt omdat geen enkele ster voldoende massa heeft om voldoende hitte en druk te creëren om ijzeratomen te doen fuseren.

[FooLsKi]

Snowwie schreef op zondag 18 december 2016 @ 01:17:
[...]

Nee, dat weet ik. Het is juist het ijzer dat de supernova veroorzaakt omdat geen enkele ster voldoende massa heeft om voldoende hitte en druk te creëren om ijzeratomen te doen fuseren.

Ik snap wat je bedoelt maar je zegt het verkeerd. Sterren, mits massief genoeg, kunnen ijzeratomen fuseren in zwaardere elementen, alleen kost dat ze wel hun leven (supernova). Anders zouden we geen elementen zwaarder dan ijzer hebben gehad
Het gaat ook niet "fout" bij het fuseren van ijzeratomen maar bij het fuseren náár ijzer. Dat kost de ster nl energie.

[Osiris]

Een atoom is per definitie elektrisch neutraal

Anders praten we over een ion

[g0tanks]

FooLsKi schreef op zondag 18 december 2016 @ 10:01:
[...]

Ik snap wat je bedoelt maar je zegt het verkeerd. Sterren, mits massief genoeg, kunnen ijzeratomen fuseren in zwaardere elementen, alleen kost dat ze wel hun leven (supernova). Anders zouden we geen elementen zwaarder dan ijzer hebben gehad
Het gaat ook niet "fout" bij het fuseren van ijzeratomen maar bij het fuseren náár ijzer. Dat kost de ster nl energie.

Om hier wat dieper op in te gaan, een grafiekje van de bindingsenergieën voor wat elementen:


Onze zon fuseert waterstof tot helium waarbij relatief veel energie ontstaat. Dit geldt voor een boel elementen totdat je bij ijzer aankomt. De configuratie van ijzer is al zodanig stabiel dat kernfusie geen extra energie oplevert maar energie kost.

En inderdaad, alle atomen zijn per definitie neutraal omdat het aantal elektronen en protonen altijd gelijk is.

[ Voor 10% gewijzigd door g0tanks op 18-12-2016 11:40 ]

[RemcoDelft]

Snowwie schreef op zaterdag 17 december 2016 @ 23:48:
Nee, goud bevat 79 electronen en ijzer maar 26.

Goud heeft 79 protonen, ijzer heeft er 26. Klopt precies hoor!

[Snowwie]

FooLsKi schreef op zondag 18 december 2016 @ 10:01:
[...]

Ik snap wat je bedoelt maar je zegt het verkeerd. Sterren, mits massief genoeg, kunnen ijzeratomen fuseren in zwaardere elementen, alleen kost dat ze wel hun leven (supernova). Anders zouden we geen elementen zwaarder dan ijzer hebben gehad
Het gaat ook niet "fout" bij het fuseren van ijzeratomen maar bij het fuseren náár ijzer. Dat kost de ster nl energie.

Ik zeg het niet verkeerd, maar een supernova is het gevolg van het feit dat de ster ijzer niet kan fuseren. De daarop volgende supernova creëert dan weliswaar alle elementen zwaarder dan ijzer maar de ster is ook vernietigd. Het restant is een neutronenster, pulsar of zwart gat.

Maar onder normale omstandigheden kunnen alle elementen zwaarder dan ijzer niet gemaakt worden met normale fusie zonder dat het zaakje explodeert.

RemcoDelft schreef op zondag 18 december 2016 @ 11:43:
[...]

Goud heeft 79 protonen, ijzer heeft er 26. Klopt precies hoor!

Ja, en wat mij dan zo verbaast is dat de negatieve elektrische lading van dat kleine elektroontje gelijk is aan de positieve lading van het proton, terwijl het proton 1800x!!! meer massa heeft dan een elektron. Waarom heeft een proton niet meer elektrische lading dan een elektron?

[ Voor 20% gewijzigd door Snowwie op 19-12-2016 00:06 ]

[Ardjee]

Snowwie schreef op maandag 19 december 2016 @ 00:03:
[...]

Ik zeg het niet verkeerd, maar een supernova is het gevolg van het feit dat de ster ijzer niet kan fuseren. De daarop volgende supernova creëert dan weliswaar alle elementen zwaarder dan ijzer maar de ster is ook vernietigd. Het restant is een neutronenster, pulsar of zwart gat.

Maar onder normale omstandigheden kunnen alle elementen zwaarder dan ijzer niet gemaakt worden met normale fusie zonder dat het zaakje explodeert.

[...]

Ja, en wat mij dan zo verbaast is dat de negatieve elektrische lading van dat kleine elektroontje gelijk is aan de positieve lading van het proton, terwijl het proton 1800x!!! meer massa heeft dan een elektron. Waarom heeft een proton niet meer elektrische lading dan een elektron?

Dit is materie wat richting quantummechanica gaat. Hiervoor kan je beter gaan googlen naar quarks en hoe protonen, neutronen en eleketronen uit verscheidene quarks opgebouwd worden.

[Bee.nl]

Snowwie schreef op maandag 19 december 2016 @ 00:03:
Ja, en wat mij dan zo verbaast is dat de negatieve elektrische lading van dat kleine elektroontje gelijk is aan de positieve lading van het proton, terwijl het proton 1800x!!! meer massa heeft dan een elektron. Waarom heeft een proton niet meer elektrische lading dan een elektron?

Die hoge proton-elektron massa ratio komt voort uit de bindingsenergie van de gluons die de drie quarks bij elkaar houden. De rustmassa van een proton is echter veel lager dan zijn relativistische massa. Hier komt de speciale relativiteitstheorie om de hoek kijken. De drie quarks hebben een lading van 2x 2/3e en 1x -1/3e, dus tezamen +1e.

Why is the proton so much more massive than the electron?

The other 99% of the mass difference comes from the gluon binding energy that holds the 3 quarks together in the proton. [..]

The reason the proton's charge is the same magnitude as the electron charge is because charge is quantized and conserved. Since a neutral neutron can decay to a proton, an electron and a neutral anti-neutrino, the proton and electron must have equal and opposite charges.

But a proton with one unit of charge is composed of three quarks - two up quarks and one down quark. To make this work, it turns out that the up quark has a charge of +2/3 of the unit charge and the down quark has -1/3 unit of charge. So the sum of the charges is +1 unit whereas the electron has -1 unit of charge.

Proton: Quarks and the mass of a proton

In quantum chromodynamics, the modern theory of the nuclear force, most of the mass of protons and neutrons is explained by special relativity. The mass of a proton is about 80–100 times greater than the sum of the rest masses of the quarks that make it up, while the gluons have zero rest mass. The extra energy of the quarks and gluons [..] accounts for almost 99% of the mass.

[blobber]

Snowwie schreef op maandag 19 december 2016 @ 00:03:
[...]
Ja, en wat mij dan zo verbaast is dat de negatieve elektrische lading van dat kleine elektroontje gelijk is aan de positieve lading van het proton, terwijl het proton 1800x!!! meer massa heeft dan een elektron. Waarom heeft een proton niet meer elektrische lading dan een elektron?

Waarom is een olifant net zo grijs als een muis terwijl hij 400000x zo zwaar is?

[g0tanks]

blobber schreef op maandag 19 december 2016 @ 13:31:
[...]

Waarom is een olifant net zo grijs als een muis terwijl hij 400x zo zwaar is?

Ik vind niet dat je zulke bijzonderheden op atomair/elementair niveau zomaar kan wegschuiven met een simpel voorbeeld van onze macroscopische realiteit. Hoewel parallelen trekken aantrekkelijk is, voegt het in veel situaties niks toe of leidt het slechts tot misverstanden.

[blobber]

g0tanks schreef op maandag 19 december 2016 @ 13:38:
[...]


Ik vind niet dat je zulke bijzonderheden op atomair/elementair niveau zomaar kan wegschuiven met een simpel voorbeeld van onze macroscopische realiteit. Hoewel parallelen trekken aantrekkelijk is, voegt het in veel situaties niks toe of leidt het slechts tot misverstanden.

Ik vermoed dat hij slim genoeg is om in te zien dat dit een voorbeeld is en dat hij dit niet al te letterlijk moet nemen.
_{verder maak ik zelf wel uit wat ik post}

[ Voor 5% gewijzigd door blobber op 19-12-2016 13:45 ]