jorge a. lopez university of texas at el paso la rodadora, octubre 24, 2014
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PASTA ITALIANA EN
ESTRELLA DE NEUTRONES
Jorge A. LopezUniversity of Texas at El
PasoLa Rodadora, Octubre 24, 2014
ESTRELLAS DE NEUTRONESEstrellas con masas entre 8 y 25 M explotan como supernovasAl explotar el nucleo se deshace y choca con las partes exteriores Al chocar se recontrae y forma un cúmulo de neutrones: Estrella de neutrones
Las estrellas de neutrones tienen masas entre 1.4 M y 3 M.
Su densidad es 200 millones de veces mayor que la de una enana blanca, una cucharada de materia nuclear pesaría ~mil millones de toneladas en la tierra.Una estrella de 2 M tendría unos ~20 km de diámetro
Zwicky and Baade propusieron la existencia de las estrellas de neutrones pero nadie les creyó — hasta 1968.
Intensidad de las emisiones de radio del pulsars PSR 0329 + 54. Nótese la regularidad de los pulsos (0.714s) , son más precisos que muchos relojes
PULSARESEn 1968, Jocelyn Bell, una estudiante de Cambridge detectó señales periódicas en un radio-telescopioLos pulos tenían un período de 1.3373011 s y los astrónomos pensaron que venían decivilizaciones extraterrestres, por lo que les llamaron LGM1 (Little Green Men 1).
Esta idea fue abandonada cuándo se descubireron más señales pulsantes, queahora se conocen como pulsares. En todos los casos las señales son muy regulares, variando entre 0.2 y 1.5 s.
En 1968 la pregunta era ¿qué eran? El Nobel de 1974 Nobel Prize fue dado por el descubrimiento de los pulsares al asesor de Jocelyn: Antony Hewish y su colega Martin Ryle
https://www.youtube.com/watch?v=PKtnaTxLARc
The Crab nebula is the remnant of a
supernova seen in 1054. At the center of the Crab
Nebula is the Crab pulsar ( Figure 13- 19b). Pulsars are spinning objects, the Crab pulsar is spinning with a
period is 0.033 s, i.e. it rotates 30
times each second. At that speed, something as wide as a white dwarf would immediately fly apart. To avoid disintegration, pulsars must be incredibly compact.
La nebulosa del cangrejo
Producto de un supernova
visto en 1054. En el centro de la nebulosa está un pulsar Los pulsares son objetos en rotación
El pulsar del cangrejo tiene un período
de 0.033 s, i.e. 30 veces por segundo.
A esa velocidad algo tan grande como una
enana blanca se destruiría por la fuerzacentrífuga, lo que indica que el objeto tiene que ser mucho más compacto, i.e. deben ser estrellas de neutrones.
La Nebulosa del cangrejo y su pulsar
UN CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO EXPLICA LOS PULSOS
Las estrellas de neutrones tiene campos magnéticos intensos.
En estrellas estos campos se extienden millones of km2 bajo la superficie de la estrella.
En las estrellas de neutrones estos campos se concentran y aumentan su intensidad hasta 1015 veces más que el campo de la tierra; un campo así situado en la luna levantaría tornillos en la tierra.
Al rotar, el campo de la estrella mueve protones y electrones hacia los polos produciendo dos haces de radiación que salen de la estrella — ¡los pulsares son como faros espaciales!
¿Como estudiar a las estrellas de
neutrones?¡Hay que estudiar al núcleo!
} ¿Cuál es
la composición de la corteza?
} ¿Qué
estructuras se forman en la corteza?
LA CORTEZA ESTÁ COMPUESTA DE PROTONES
Y NEUTRONES
¡Se puede estudiar con física nuclear!
EL NÚCLEO ES LÍQUIDOSe conoce:• La densidad nuclear• La compresibilidad nuclear• La materia nuclear = gas de Fermi
Núcleo estable:
p = 0, densidad = 0.15 fm-3
Compresibilidad: K=n(dp/dn)T
(proporcional a la pendiente)
Comportamiento de gas de Fermi a densidades bajas
El resto se determina
por interpolación
¿Cómo se comportará el núcleo a temperaturas
altas?¿Cuáles son las
implicaciones de esto?
Tal comportamiento p – r es similar al de líquidos
Entonces, ¿podría existir un cambio
de fase líquido-gas en el núcleo?¿Existía evidencia
experimental?
1983-1985
Bertsch
Siemens
López
. . .
EL NÚCLEO ES LÍQUIDO
Evidencia de cambio de
fase
Fase gaseosa: Cúmulos separados
Fase líquida: medio
continuo
La energía cinética sigue una distribución de Maxwell
¡ Hay gotitas, gototas y
termalización !
EL NÚCLEO ES LÍQUIDOEso sugiere que las reacciones:
Calientan comprimen cambio de faseExpande
¿Cómo entender a la materia nuclear a partir de
las reacciones ?
Necesitamos modelos dinámicos que expliquen
reacciones para luego usarlos en sistemas macroscópicos
como una estrella de enutrones
MODELOS DINÁMICOS
Dinámica molecular clásica
- Potencial entre partículas- Protones y neutrones- Dinámica y geometría correcta- No usa “partículas de prueba” - No usa distribuciones gaussianas de densidad- Produce fragmentos sin ayuda externa- Des-excitación de fragmentos por sí mismo- Parámetros únicos y uniformes Pero . . . Es clásico y no usa la distribución de Fermi
•Potencial• Resuelve las ecuacionesde movimiento (Verlet)
• Reconoce fragmentos•Sigue la evolución de la reacción en espacio-tiempo
Dinámica molecular
Dinámica molecular
• Determina distribuciones de masa• Se ha usado para estudiar:
• Fenómeno Crítico
• Curvas calóricas
• Nucleos ricos en neutrones
Dinámica molecular
EN RESUMEN ¿QUÉ CONOCEMOS?
Ecuación de estado-Presión-densidad- Energía de unión – densidad-Compresibilidad-densidad
Diagrama de fase-Punto crítico-Coexistencia líquido-gas-Espinodal isentrópica-Espinodal isotérmica
Trayectoria de una reacción
Nucleo “normal”
Fase liquid
a
Fase gaseosa
Mezcla liquido-
gas
Expansion adiábatica
Fragmentación
Expansión
isentrópica
Compresión y
calentamiento
LOS RETOS NUEVOS
¿Cómo estudiar materia nuclear con exceso de
neutrones?
Materia nuclear fría
H to He He to C CNO cycle
en “estrellas normales”
Núcleos en la corteza de estrellas de neutrones forman
estructuras inesperadas
Materia nuclear infinita
X=0.5, T=0.1 MeV
Ejemplos de “pastas”
¡Pasta !Gno
cch
i
Spag
hett
i
Lasa
gna
¿Qué pasa si se coce de más?
Esto, a T=0.4 MeV, se hace estoa T=2.0 MeV
Estructura conocida como “pesadilla del
plomero”
X=0.5, 1000 n, 1000 p, r = 0.04 fm-3 , with Coulomb
¿Cómo clasificar la “pasta”?
Con topología: Euler characteristics
¿Cómo usar los números de Euler con la “pasta”?
Se parecen ¿son iguales?
No, tienen curvatura y número de Euler
diferentes
Artículo 1
La pasta se puede caracterizar con topología
Materia Nuclear Fría
¿Dónde queda la Pasta en el
diagrama de fases de la materia nuclear?
?
Materia nuclear fría• Método 1: Cristales (SC, FCC and BCC)• Método 2: Dinámica molecular• Materia simétrica (1000 p y 1000 n)• 0 < r < r0, 0 < T < 1.0 MeV• Condiciones periódicas de contorno• Termostato de Andersen• “Minimum spanning tree” para identificar
cúmulos
• Potenciales:• Pandharipande medium y stiff • Horowitz
Materia nuclear fríaPandha medium
CMD T=0.001
MeV
T = O cristales
FCC, BCC, y
SC
Para r > 0.13 fm-3 es un cristal SCPara r < 0.13 fm-3 produce pasta
Materia nuclear fría
El sistema mantiene
una estructura cristalina a T un poco más altas
Se produce pasta para r < 0.13 fm-3 a toda temperatura
Pasta
T=1 MeV
T=0.001 MeV
Artículo 3 (enviado)
¿Significado?¡Fases nuevas en el diagrama
de fases!
¿Qué sigue?Cambio de
fase líquido-gas ↔ pasta,¿condensaci
ón?
Cambio de fase pasta ↔ cristal
Se necesita el calor latente
Cambio de fase
líquido-gas ↔ cristal,
¿Congelación?
- La materia nuclear puede ser estudiada con CMD
- La topología ayuda a estudiar la pasta
- La materia nuclear forma pasta y cristales
- Ahora hay que estudiar las fases nuevas
¿Qué sigue? • ¿Cómo varía esto con isospin?• Extraer más información para la EoS• ¿Cuáles son los efectos de CMD?• Conexión con reacciones• Etc.
ρ=0.02T=0.1One cell8 Cells
ρ=0.02
T=1.4
Coming apart
ρ=0.02
T=0.1, 1 cellAdding more cells does not add more information
T=1.64 cells show 6 holes
ρ=0.06
Sin mayor interes.
N > 13000
One Cell
holesholes