Apa itu Materi Degenerasi?

Materi terdegenerasi adalah bentuk aneh materi eksotis yang tercipta di inti bintang masif, di mana atom atau bahkan partikel subatomik dikemas begitu dekat sehingga sumber utama tekanan tidak lagi termal tetapi kuantum – ditentukan oleh batasan yang ditetapkan oleh prinsip pengecualian Pauli, yang menyatakan bahwa tidak ada dua partikel yang dapat menempati keadaan kuantum yang sama. Hal ini juga berguna dalam beberapa keadaan untuk memperlakukan elektron konduksi dalam logam sebagai materi yang merosot, karena densitasnya yang tinggi. Materi yang mengalami degenerasi, khususnya hidrogen metalik, telah dibuat di laboratorium sebelumnya, menggunakan tekanan lebih dari satu juta atmosfer (>100 GPa).

Materi yang merosot adalah unik karena tekanannya hanya sebagian ditentukan oleh suhu, dan tekanan pada kenyataannya akan tetap ada bahkan jika suhu materi diturunkan ke nol mutlak. Ini sangat berbeda dari gas ideal yang kita pelajari di kelas fisika, di mana suhu dan tekanan/volume terkait erat.

Dalam rangka peningkatan densitas, bentuk umum dari materi merosot termasuk hidrogen metalik, hadir dalam jumlah besar di inti planet masif seperti Jupiter dan Saturnus; materi katai putih, ditemukan dalam katai putih, yang suatu hari akan menjadi Matahari kita; neutronium, ditemukan di bintang neutron, titik akhir evolusi bintang untuk bintang dari 1.35 hingga sekitar 2.1 massa matahari; hal aneh; atau materi quark, juga didalilkan ada di dalam bintang yang sangat masif.

Dalam katai putih, materi ini disebut sebagai materi degenerasi elektron, karena tidak ada energi yang cukup untuk meruntuhkan elektron menjadi inti atom dan menghasilkan neutronium. Dalam bintang neutron, materi ini disebut materi yang mengalami degenerasi neutron, karena tekanannya begitu besar sehingga elektron berfusi dengan proton untuk menciptakan materi yang hanya terdiri dari neutron. Dalam kondisi normal, neutron bebas berdegenerasi menjadi proton dan elektron dalam waktu sekitar 15 menit, tetapi di bawah tekanan luar biasa dari bintang neutron, materi hanya-neutron stabil.

Bentuk paling ekstrim dari materi terdegenerasi, materi aneh, diperkirakan ada di bintang quark, bintang dengan massa di suatu tempat antara bintang neutron dan lubang hitam, di mana quark konstituen dari neutron terpisah dan sup quark dibuat. Bintang kuark adalah kandidat yang mungkin untuk materi gelap misterius yang membentuk sebagian besar massa galaksi yang diamati.