Densité d’étoile à neutrons
Le matériau le plus dense trouvé sur la Terre est le métal osmium, mais sa densité n’a rien à envier aux densités d’objets astronomiques exotiques tels que les étoiles naines blanches et les étoiles à neutrons.
Une étoile à neutrons est le noyau effondré d’une grande étoile (généralement d’une géante rouge). Les étoiles à neutrons sont les étoiles les plus petites et les plus denses connues, et leur rotation est extrêmement rapide . Une étoile à neutrons est essentiellement un noyau atomique géant d’environ 11 km de diamètre, constitué en particulier de neutrons. On pense que sous les immenses pressions d’une supernova en chute libre, il est possible que les électrons et les protons se combinent pour former des neutrons par capture d’électrons, libérant ainsi une énorme quantité de neutrinos . Comme elles possèdent des propriétés similaires à celles des noyaux atomiques, les étoiles à neutrons sont parfois décrites comme des noyaux géants . Mais attention, les étoiles à neutrons et les noyaux atomiques sont maintenus ensemble par des forces différentes. Un noyau est maintenu par la force puissante, alors qu’une étoile à neutrons est maintenue par la force de la gravitation.
La densité de l’étoile à neutrons est énorme. Ils sont si denses qu’une cuillère à thé de son matériau aurait une masse supérieure à 5,5 × 10 12 kg. On suppose qu’ils ont des densités de 3,7 × 10 17 à 6 × 10 17 kg / m 3 , ce qui est comparable à la densité approximative d’un noyau atomique de 2,3 × 10 17 kg / m 3 .
Densité de la matière nucléaire
La densité nucléaire est la densité du noyau d’un atome. C’est le rapport masse par unité de volume à l’intérieur du noyau. Étant donné que le noyau atomique porte la plus grande partie de la masse de l’atome et que le noyau atomique est très petit par rapport à l’atome entier, la densité nucléaire est très élevée.
La densité nucléaire pour un noyau typique peut être approximativement calculée à partir de la taille du noyau et de sa masse. Les rayons nucléaires typiques sont de l’ordre de 10 -14 m . En supposant une forme sphérique, les rayons nucléaires peuvent être calculés selon la formule suivante:
r = r 0 . Un 1/3
où r 0 = 1,2 x 10 -15 m = 1,2 fm
Par exemple, l’uranium naturel est principalement constitué d’isotope 238 U (99,28%); la masse atomique de l’élément uranium est donc proche de la masse atomique de l’ isotope 238 U (238,03u). Son rayon de ce noyau sera:
r = r 0 . A 1/3 = 7,44 fm.
En supposant qu’il soit sphérique, son volume sera:
V = 4πr 3 /3 = 1,73 x 10 -42 m 3 .
La définition habituelle de la densité nucléaire donne pour sa densité:
ρ noyau = m / V = 238 x 1,66 x 10 -27 / (1,73 x 10 -42 ) = 2,3 x 10 17 kg / m 3 .
Ainsi, la densité des matières nucléaires est plus de 2,10 14 fois supérieure à celle de l’eau. C’est une immense densité. Le terme descriptif densité nucléaire est également appliqué aux situations où des densités similaires se produisent, comme dans les étoiles à neutrons. De telles densités immenses se retrouvent également dans les étoiles à neutrons.
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