ความดันสถานะเสื่อมของอิเล็กตรอน

ความดันสถานะเสื่อมของอิเล็กตรอน หรือ ความดันดีเจเนอเรซีของอิเล็กตรอน (แม่แบบ:Langx) เป็นผลสืบเนื่องมาจากหลักการกีดกันของเพาลี ซึ่งกล่าวว่า เฟอร์มิออนสองตัวไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันในเวลาเดียวกัน แรงที่เกิดขึ้นจากความดันนี้กำหนดขีดจำกัดขอบเขตที่สสารจะสามารถถูกบีบอัดเข้าด้วยกันโดยไม่กลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ แรงดังกล่าวนับว่ามีความสำคัญอย่างมากต่อฟิสิกส์ดาราศาสตร์ เนื่องจากอธิบายการมีอยู่ของดาวแคระขาว

เมื่ออิเล็กตรอนถูกบีบอัดเข้าใกล้กันมากเกินไป อนุภาคที่แยกออกไปจะทำให้มันต้องมีระดับพลังงานที่เปลี่ยนไปเช่นกัน ในการเพิ่มอิเล็กตรอนอีกอนุภาคหนึ่งให้กับปริมาตรที่ให้มาจะต้องมีการเพิ่มระดับพลังงานของอิเล็กตรอนเพื่อสร้างพื้นที่ว่าง และปัจจัยดังกล่าวเป็นพลังงานซึ่งบีบอัดวัสดุซึ่งอยู่ในรูปของแรงดัน

ความดันสถานะเสื่อมของอิเล็กตรอนในวัตถุสามารถคำนวณได้จาก

$P=\frac{h^2}{20m_{\mathrm{e}}{m}_{\mathrm{p}}^{5/3}}{\left(\frac{3}{\pi }\right)}^{2/3}{\left(\frac{\rho }{{\mu }_e}\right)}^{5/3}$

โดยที่ $h$ คือ ค่าคงตัวของพลังค์ $m_{\mathrm{e}}$ คือ มวลของอิเล็กตรอน $m_{\mathrm{p}}$ คือ มวลของโปรตอน $\rho$ คือ ความหนาแน่น และ ${\mu }_e=N_e/N_p$ คือ อัตราส่วนของจำนวนอิเล็กตรอนต่อจำนวนโปรตอน (เมื่อพลังงานอนุภาคเพิ่มขึ้นถึงระดับสัมพัทธภาพ จำเป็นต้องใช้สูตรที่ดัดแปลง)

ความดันสถานะเสื่อมของอิเล็กตรอนจะช่วยยับยั้งการยุบตัวเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ หากว่ามวลของมันต่ำกว่าขีดจำกัดจันทรเศขร (1.38 เท่าของมวลดวงอาทิตย์) แรงดันดังกล่าวจะป้องกันมิให้ดาวแคระขาวสลายตัว ดาวฤกษ์ซึ่งมีมวลเกินกว่านี้และไม่มีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่สามารถใช้การได้อยู่จะเกิดการยุบตัวลงต่อไปจนกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ เนื่องจากความดันสถานะเสื่อมที่ได้จากอิเล็กตรอนไม่อาจสู้แรงดึงดูดเนื่องจากความโน้มถ่วงได้