В целом звезда остается более или менее нейтральной. Это верно для всех звездных объектов, кроме черных дыр. Я использую простой расчет, который можно найти в сноске https://arxiv.org/abs/1001.3294 на стр. 11 гл. 2.

Предположим, что общий заряд звезды в Z раз превышает элементарный заряд.$Ze$, и рассмотрим кулоновское отталкивание пробной частицы, скажем протона, с массой$m$и заряжать$e$.Кулоновская сила, стремящаяся вытолкнуть пробную частицу, должна быть меньше гравитационной силы, стремящейся удержать пробную частицу внутри звезды. Это дает условие$\frac{(Ze)e}{R^2}\le \frac{GMm}{R^2}$где М - масса звезды R ее радиус. На данный момент мы предполагаем, что$M=Am$, а это означает, что мы пренебрегаем всеми эффектами энергии связи, которые уменьшили бы массу и фактически еще больше усугубили бы ситуацию с нашей тестовой частицей. Поэтому мы находим$\frac{(Ze)e}{R^2}\le \frac{GAm^2}{R^2}$что приводит к$Z<G\frac{m^2}{e^2}A$. Если вы подставите несколько цифр, вы обнаружите, что$Z<10^{-37}A$средний заряд на нуклон должен быть чрезвычайно мал, чтобы обеспечить устойчивость звезды. Этот аргумент опирается только на огромную разницу в силе двух противоборствующих сил.$A$число нуклонов)

Фон

Звезды состоят из плазмы , которая представляет собой ионизированный газ, проявляющий коллективное поведение, очень похожее на жидкость.

Следует помнить о двух важных аспектах плазмы. Во-первых, они действуют как металлы с очень высокой проводимостью, поскольку электроны могут двигаться очень свободно, чтобы компенсировать любой дисбаланс заряда. Следствием этого является то, что они считаются квазинейтральными на расстояниях, превышающих длину Дебая . Под квазинейтральным я подразумеваю:

$$n_{e} = \sum_{s} \ Z_{s} \ n_{s} \tag{1}$$ куда $n_{e}$- полная плотность электронов, $n_{s}$- числовая плотность видов ионов $s$, а также $Z_{s}$- зарядовое состояние ионных частиц $s$(например, +1 для протонов). Обычно считается, что длина Дебая настолько микроскопична, насколько это может быть важно в большинстве ситуаций.

Во-вторых, если плазма не управляется, она обычно удовлетворяет условию нулевого тока, определяемому следующим образом:

$$\sum_{s} \ Z_{s} \ n_{s} \ \mathbf{v}_{s} = 0 \tag{2}$$ куда $s$в этом случае включает электроны и $\mathbf{v}_{s}$- объемная скорость потока частиц $s$(т.е. первый момент скорости). В частности, это относится к потоку плазмы от Солнца (т. е. солнечному ветру ), который выводится из уравнения непрерывности для электрического заряда. Конечно, через все солнце из его недр в верхние слои атмосферы протекают большие локальные потоки.

Насколько электрически нейтральными остаются звезды на протяжении всей своей жизни?

Очень. Если бы они «зарядились», то создали бы огромные кулоновские потенциалы, которые не позволяли бы частицам с определенным знаком заряда покидать поверхность. Это означает, что, как и в проводнике, электрические поля будут работать, чтобы избавиться от самих себя. Вот почему плазма оказывается квазинейтральной на расстояниях, превышающих длину Дебая.

Второе условие, заданное уравнением 2, приводит к относительным дрейфам между различными видами частиц, чтобы поддерживать нулевой суммарный ток от Солнца (за исключением активных периодов, таких как выбросы корональной массы или солнечные вспышки ). Но даже в этом случае эти относительные дрейфы не увеличивают суммарный заряд Солнца.

В качестве примера я мог бы представить такие процессы, как выбросы корональной массы, оставляющие Солнце в слегка заряженном состоянии.

Нет, обычно они не изменяют макроскопический заряд Солнца. Они состоят из плазмы, которая, как я уже говорил, квазинейтральна.

Существуют ли такие процессы, которые оставят звезду с общим зарядом?

Ничего из того, что мне известно. Как я уже говорил, если вы внезапно «зарядите» звезду, результирующие электрические поля будут совершать работу в системе до тех пор, пока эти электрические поля не перестанут существовать.

Обновлять

Хотя я утверждаю, что уравнение 1 в целом выполняется, по разным причинам кажется, что у солнца есть небольшой чистый заряд, как указано в этом ответе:
https://physics.stackexchange.com/a/73773/59023 .

Обновление 2

После дальнейшего обсуждения с коллегами и моего, наконец, получения доступа к рассматриваемой статье [например, Neslusan , 2001 ] у меня есть несколько комментариев.

Электрическое поле, к которому относится эта статья, теперь называемое электрическим полем Паннекука и Росселанда (PR), справедливо только для звездной короны , находящейся в гидростатическом равновесии . Это поле не согласуется с наблюдениями, потому что оно создает лишь разновидность бриза , а не сверхзвуковой ветер, подобный тому, который наблюдается с 1960-х годов. Это поле также не будет оставаться стабильным. Это означает, что в конечном итоге это ускорит протоны от звезды и устранит любую чистую зарядку.

Более правильный подход, который сейчас общепринят, называется экзосферной моделью [например, Zouganelis et al. , 2005 ]. Эта модель, в отличие от модели PR, может включать несколько компонентов распределения электронов по скоростям солнечного ветра (т. е. ядро, гало и излучение). Он по-прежнему включает массу звезды через гравитационный член, но, что более важно, он фактически согласуется с наблюдениями.

использованная литература

• Неслусан, Л. «О глобальном электростатическом заряде звезд», Астрон. & Астрофиз. 372 , стр. 913-915, doi:10.1051/0004-6361:20010533, 2001.
• Зуганелис И. и соавт. , «Ускорение слабо столкновительных ветров солнечного типа», Astrophys. J. 626 , стр. L117-L120, doi:10.1086/431904, 2005.