Какова энергия связи нейтронной звезды?

Гравитационная масса нейтронной звезды намного меньше ее барионной массы покоя (плюс масса, связанная с кинетической энергией ее содержимого), потому что связанная нейтронная звезда по определению должна иметь полную энергию (сумму ее внутренняя энергия и гравитационная потенциальная энергия), что меньше нуля.

В «нормальной звезде» это тоже верно, с той лишь разницей, что гравитационная потенциальная энергия нейтронной звезды может быть сравнима с ее энергией массы покоя.

Насколько это важно? Это зависит от барионной массы нейтронной звезды и уравнения состояния плотной материи. Для типичной нейтронной звезды массой 1,4 массы Солнца и радиусом 10 км оценка порядка величины энергии связи как кратного энергии массы покоя$GM/Rc^2$, составляет около 0,2, что свидетельствует о значительном уменьшении гравитационной массы по сравнению с барионной массой.

Эта бумага интересна. Он использует метод расчета числа нуклонов в нейтронной звезде,$N$, исходя из радиуса,$r$, числовая плотность как функция радиуса,$n(r)$, а метрическая функция$\lambda$, который следует из уравнений общей теории относительности:

Какова энергия связи нейтронной звезды?

То, что сказал Роб, почти верно. Это примерно пятая часть первоначальной массы-энергии. См. Википедию : «Тогда его массовая доля гравитационной связи будет равна 0,187».

Нейтроны, составляющие нейтронную звезду, имеют массу покоя, которая больше, когда они отделены от звезды, потому что они связаны с определенной потенциальной энергией.

Да. Когда вы полностью поднимаете нейтрон из нейтронной звезды, вы увеличиваете ее массу. Это немного похоже на подъем кирпича. Вы работаете над этим. Вы добавляете в него энергии. Вы даете ему потенциальную энергию. Вы увеличиваете его массу. Когда вы его роняете, часть внутренней кинетической энергии E=mc² преобразуется во внешнюю кинетическую энергию. Обычно это излучается, и тогда у вас остается дефицит массы . Конечно, чтобы быть абсолютно точным, вы также рассматриваете Землю, но она настолько больше кирпича, что, хотя импульс равен и противоположен, кинетическая энергия — нет. Он настолько мал для Земли, что мы его не учитываем.

Эта потенциальная энергия приводит к тому, что система имеет меньшую массу.

Как сказал Blackbody Blacklight в комментарии, потенциальная энергия заставляет систему иметь больше массы, а не меньше. Посмотрите, что я сказал выше о кирпиче. Затем представьте, что вы начинаете с миллиона нейтронов в космосе. Вы бросаете их, и они все падают вместе. При этом часть их внутренней кинетической энергии E=mc² преобразуется во внешнюю кинетическую энергию. Это обычно излучается, и тогда у вас остается дефицит массы. Масса нейтронной звезды примерно на 20% меньше массы исходных нейтронов. Это важно.

Однако обратите внимание, что все может немного запутаться, поскольку нулевой уровень гравитационной потенциальной энергии установлен на бесконечность. См. гиперфизику . Поэтому мы говорим, что гравитационная потенциальная энергия нейтронов в нейтронной звезде отрицательна. Аналогичным образом мы говорим, что энергия связи отрицательна. Обратите внимание, что там нет ничего, что на самом деле было бы сделано из отрицательной энергии. Все, что у вас есть, это нейтроны, и они состоят из положительной энергии. Просто его меньше , вот и все. Масса каждого нейтрона уменьшилась. Вы слышали о таких вещах, как инвариантная масса, но когда дело доходит до общей теории относительности, масса меняется. См. Википедию. Фактически, это не ограничивается общей теорией относительности. Масса атома водорода меньше массы электрона плюс масса протона. А поскольку электрон менее массивен, чем протон, большая часть дефицита массы может быть приписана электрону. Он играет роль кирпича.