Mikä on rappeutunut aine?

Degeneroitunut aine on outo eksoottisen aineen muoto, joka on luotu massiivisten tähtien ytimiin, jossa atomit tai jopa subatomiset hiukkaset on pakattu niin tiiviisti, että ensisijainen paineen lähde ei ole enää lämpö, ​​vaan kvantti – Paulin poissulkemisperiaatteen asettamien rajoitusten mukaan, joka väittää, ettei kaksi hiukkasia voi olla samassa kvanttitilassa. Joissakin olosuhteissa on myös hyödyllistä käsitellä metallien johtavia elektroneja rappeutuneina aineina niiden suuren tiheyden vuoksi. Rappeutunutta ainetta, erityisesti metallivetyä, on aiemmin luotu laboratoriossa käyttämällä yli miljoonan ilmakehän paineita (> 100 GPa).

Rappeutunut aine on ainutlaatuinen siinä mielessä, että sen paine määräytyy vain osittain lämpötilan mukaan, ja paine pysyisi itse asiassa, vaikka aineen lämpötila laskettaisiin absoluuttiseen nollaan. Tämä on aivan eri asia kuin ihannekaasut, joista opimme fysiikan tunnilla, jossa lämpötila ja paine/tilavuus liittyvät läheisesti toisiinsa.

Tiheyden lisäämiseksi tavallisia rappeutuneen aineen muotoja ovat metallivety, jota on suuria määriä massiivisten planeettojen, kuten Jupiterin ja Saturnuksen, ytimessä; valkoinen kääpiöaine, jota löytyy valkoisista kääpiöistä, joista aurinkomme tulee jonain päivänä; neutronium, joka löytyy neutronitähdistä, tähtien evoluution päätepiste tähdille 1.35 – noin 2.1 auringon massaa; outo asia; tai kvarkiaine, jonka oletetaan myös olevan erittäin massiivisten tähtien sisällä.

Valkoisissa kääpiöissä materiaalia kutsutaan elektroni-rappeutuneeksi aineeksi, koska ei ole tarpeeksi energiaa romahtaa elektronit atomiytimiin ja tuottaa neutroniumia. Neutronitähtien materiaalia kutsutaan neutronien rappeutuneeksi aineeksi, koska paine on niin suuri, että elektronit sulautuvat protonien kanssa muodostamaan ainetta, joka koostuu vain neutroneista. Normaaleissa olosuhteissa vapaat neutronit rappeutuvat protoniksi ja elektroniksi noin 15 minuutissa, mutta neutronitähden valtavan paineen alla vain neutroniaine on vakaa.

Äärimmäisen rappeutuneen aineen muodon, outon aineen, uskotaan olevan olemassa kvarkitähdissä, tähdissä, joiden massa on jossain neutronitähtien ja mustien aukkojen välissä, joissa neutronien muodostavat kvarkit irrotetaan toisistaan ​​ja syntyy kvarkikeitto. Kvarkkitähdet ovat mahdollinen ehdokas salaperäiseen pimeään aineeseen, joka muodostaa suurimman osan havaituista galakseista.