Tar sig Neutriner igenom en neutronstjärna?

Neutriner är ju extremt dåliga på att växelverka med andra partiklar
Läste att om man hade ett blylager som var 1 ljusår tjockt, så skulle man ändå bara stoppa 50% av neutrinerna.

Så nu är frågan: Tar sig neutriner igenom en neutronstjärna? Detta är ju det mest kompakta som existerar bortsett från svarta hål.
En neutronstjärna är ju en kompakt massa av neutroner, jag antar helt utan det tomrum som finns i vanliga atomer.

Tänkte först räkna på det själv, men insåg rätt snabbt att det är mer meck med det än jag först trodde. Förutom data (s k tvärsnitt, dvs cross sections, för reaktioner mellan neutroner och neutriner) behöver vi också detaljer om neutronstjärnans egen fysik.

Men här finns det redan en del bra svar:

https://physics.stackexchange.com/qu...a-neutron-star

Tänk också på att neutriner spelar en viktig roll i supernovor, som alltså inte är transparenta för neutriner.

Det verkar bero på vilken energi (elektronvolt) neutrinerna har. Om jag har förstått det rätt enligt en artikel jag kom över, så verkar det som att om neutrinerna har en energi under några enstaka Mega-elektronvolt så passerar de neutronstjärnan.

Jag kan för lite om neutronstjärnor för att vara uppriktig, men de är onekligen fascinerande. Och i fallet med neutriner och neutronstjärnor, så kan jag tänka mig att temperaturen hos neutronstjärnan möjligtvis har en betydelse för vilken energi neutrinerna måste ha för att kunna passera stjärnan. Men som sagt, jag vet ännu ingenting om det är så eller inte.

Intressant ämne, följer.

Neutriner interagerar via den svaga kärnkraften. Sannolikheten för en neutrin att interagera med en atomkärna ökar i kvadrat med antalet neutroner i atomkärnan.
En neutronstjärna är i princip en enda stor atomkärna med neutroner.
Så sannolikheten att en neutrin tar sig igenom en neutronstjärna är nog väldigt liten.

Jag ändrar mig. 1 ljusår med bly är ganska många atomkärnor. En neutronstjärna med en diameter på ca. 2 mil som vi ser som en enda stor atomkärna har nog inte i närheten av lika många partiklar i neutrinens färdväg ändå. Även om sannolikheten för en neutrins interaktion med samma antal partiklar i färdvägen genom en neutronstjärna som genom bly är högre då neutrinens våglängd kan sprida ut sig över fler partiklar samtidigt i en neutronstjärna så lär inte det motsvara ett ljusår med bly ändå.

Jo, det lär det. Vet du hur mycket av en atom som är tom på allt, förutom möjligen en sannolikhetsvåg för en elektron?

Nu kan ju "ett ljusår av bly" vara nånting annat än en teknisk term, och det kan innebära just att sannolikheten att träffa en kärnpartikel är låg nog att ignoreras. Men om du färdas igenom ett fenomen som inte har annat än kärnpartiklar, dikt an varandra?

Jag tror jag föredrar en mer teknisk beskrivning än "ett ljusår av bly". Man kunde räkna ut vad dom menar, givet densiteten av neutroner i bly, men orka?

I ett gram bly är det 4,11 × 10^18 atomkärnor.
1 m^3 bly väger 11340 kg.
I 1 m^3 bly är det ( (4,11 × 10^21) × 11340 ) × ( 82 protoner + 126 neutroner ) för bly 208.
Det blir 96 943 392 × 10^20 neutroner och protoner(som neutrinon också interagerar med) per m^3 bly. Avrundat till 1 × 10^28.

1 m^3 neutronstjärna väger ca. 230 000 000 000 000 000*kg.
Det är 20 282 186 948 854 000 000 000 gånger mer. Avrundat till 2 × 10^22.

Protoner och neutroner väger ungefär lika mycket.

1 m^3 neutronstjärna har (2 × 10^22) × (1 × 10^28) neutroner(och lite annat). Det blir 2 × 10^50.

Det är då 1 × 10^22 ggr fler neutroner och protoner per m^3 neutronstjärna än bly 208.

1 ljusår är 9 460 730 472 580 800 meter, avrundat till 1 × 10^16 meter.

En 1 ljusår av 1 m^3 kuber av bly har (1 × 10^28) × (1 × 10^16) = 1 × 10^44 protoner och neutroner.

En standard neutronstjärna är ca. 2 mil i diameter.
2 mil av 1 m^3 kuber av neutronstjärna har (1 × 10^3) × (2 × 10^50) = 2 × 10^53 neutroner.

Om 1 ljusår bly har 50 % chans att interagera med en neutrin och en neutronstjärna har 2 × 10^9 gånger fler partiklar att interagera med där varje extra neutron ökar chansen för interaktion inom en atomkärna i kvadrat så kommer en neutrin med allra största sannolikhet inte kunna ta sig genom en neutronstjärna utan att interagera.

Så nej, en neutrin tar sig inte(nästan aldrig) igenom en neutronstjärna.

Att sannolikhet för interaktion beror på tvärsnitt och inte volym spelar ingen roll då det är förhållandet som är intressant. En enhet tvärsnitt neutronstjärna har 2 × 10^9 ggr fler partiklar att interagera med än samma enhet tvärsnitt bly 208.

Om jag har räknat rätt?

"Men orka" var inte en uppmaning, men ok - bra jobbat

Läste igenom dina formler, men e för trött för att kunna tvärsäkert säga om det är rätt eller fel. Det var ju mest min magkänsla som sa att en neutronstjärna borde vara ett formidabelt hinder för partiklar som *kan* reagera med neutroner.

Vi kanske borde bygga vår egen neutronstjärna och använda som detektor för Dark Matter.

Först: BRA försök! Mer sånt!

Men alla partikelreaktioner är energiberoende, så resultaten måste bero mycket på vilken energi neutrinon har. Sannolikheten för reaktion kan variera med flera storleksordningar. Är t ex därför som fissionsneutronernas energier i MeV-området i en kärnreaktor modereras ned med en faktor på flera miljoner. Med en anrikning på bara några få % skulle det annars inte kunna bli en kedjereaktion.

Dessutom har en neutronstjärna ett väldigt speciellt sorts materiatillstånd som också påverkar resultatet. Det som håller emot fortsatt gravitationell kollaps är ett s k degenererat neutrontryck: eftersom neutroner med sitt halvtaliga spin är fermioner så förbjuds de av kvantfysik att ha samma kvanttillstånd. Var och en måste ha en viss minsta volym i fasrummet (läge OCH hastighet, sammanlagt 6D) för sig själv. Vita dvärgar funkar på samma sätt men då är det elektroner som står för det degenererade trycket.

Poängen är att partiklarna i såna här materiatillstånd kan ha speciella kollektiva egenskaper. Men det kan jag inte detaljerna om för just neutriner i neutronstjärnor.

Hur som helst finns det andra snälla människor som HAR koll, och gärna delar med sig, t ex i länken jag delade i förra inlägget. Här är den igen:

https://physics.stackexchange.com/qu...a-neutron-star

Resultat: en neutronstjärnas inre (innanför dess skorpa med en tjocklek på någon km) är helt genomskinlig för termiska neutriner, dvs neutriner med energier runt E=kT där k = Boltzmanns konstant och T är temperaturen i Kelvin. De neutroner som faktiskt krockar med neutriner har helt ingenstans att ta vägen eftersom det tillgängliga fasrummet är fullt! Och därmed kan det inte heller bli någon reaktion.

Alldeles riktigt. Dessutom så arbetar neutrinons totaltvärsnitt för växelverkan i otakt med den kosmiska neutrinoenergifördelningen. Tvärsnittet är extremt litet upp till O(GeV) där det stiger brant för att sedan sakta minska vid högre energier, samtidigt som den typiska neutrinoenergin från kosmiska källor är betydligt lägre om man bara tittar på nummertätheten.

Jag tolkade TS fråga underförstått endast handla om materiadensitet så jag utgick från en neutrin med kortare väglängd än avståndet mellan partiklar.

Ja, och det degenererade Fermigasen har dessutom olika strukturer som påverkar sannolikheten för interaktion. Denna effekt är mer prevalent närmre ytan, under elektronskalet där det finns fler protoner än närmare kärnan. I mitten är det dessutom kvark-gluonsoppa, som intressant nog har lägre densitet än degenererad neutronmateria, Denna plasman har ju också sina egenskaper.

Strukturen jag pratar om kallas "nuclear pasta".
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Nuclear_pasta

I en homogen degenererad neutronmateria som ska interagera med en neutrin med kortare våglängd än avstånden sinsemellan så beter sig neutronerna som vanliga fria neutroner.
Precis som sannolikheten för interaktion ökar inkhadrat inom atomkärnor per extra neutron så händer detsamma med neutronerna inom en neutronstjärna beroende på våglängder då man får ett stort bidrag av koherens av ett kluster neutroner.

Ska vi göra detta svårt för oss så finns det intressanta papper att läsa om detta.
https://www.arxiv-vanity.com/papers/astro-ph/0401079/
https://arxiv.org/pdf/1412.6465
Därutöver säger andra att fasövergång också påverkar.
https://www.researchgate.net/publica...ditional_Pasta
Koherens ger en stor effekt.
https://www.arxiv-vanity.com/papers/...401079/#S3.E32

De är dock nästan helt genomskinliga för lågenergiska neutriner när neutronstjärnan nått tillräckligt lågt ner i temperatur. Spridning är då den interaktionen jag utgick efter.

Spridning av neutriner genom en neutronstjärnas degenererade materia sker redan på energier på 0.5 MeV, men med en topp på 70 eller 150 MeV, inom detta spannet.

Det är många effekter att ta hänsyn till om man ska ta det här problemet på allvar, så vi kan göra det hur krångligt som helst!