แรงดันสภาพซ้อนสถานะของอิเล็กตรอน

แรงดันสภาพซ้อนสถานะของอิเล็กตรอน หรือ ความดันดีเจนเนอเรซีของอิเล็กตรอน (อังกฤษ: Electron degeneracy pressure) เป็นผลสืบเนื่องมาจากหลักการกีดกันของเพาลี ซึ่งกล่าวว่า เฟอร์มิออนสองตัวไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันในเวลาเดียวกัน แรงที่เกิดขึ้นจากความดันนี้กำหนดขีดจำกัดขอบเขตที่สสารจะสามารถถูกบีบอัดเข้าด้วยกันโดยไม่กลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ แรงดังกล่าวนับว่ามีความสำคัญอย่างมากต่อฟิสิกส์ดาราศาสตร์ เนื่องจากอธิบายการมีอยู่ของดาวแคระขาว

เมื่ออิเล็กตรอนถูกบีบอัดเข้าใกล้กันมากเกินไป อนุภาคที่แยกออกไปจะทำให้มันต้องมีระดับพลังงานที่เปลี่ยนไปเช่นกัน ในการเพิ่มอิเล็กตรอนอีกอนุภาคหนึ่งให้กับปริมาตรที่ให้มาจะต้องมีการเพิ่มระดับพลังงานของอิเล็กตรอนเพื่อสร้างพื้นที่ว่าง และปัจจัยดังกล่าวเป็นพลังงานซึ่งบีบอัดวัสดุซึ่งอยู่ในรูปของแรงดัน

แรงดันสภาพซ้อนสถานะของอิเล็กตรอนในวัตถุสามารถคำนวณได้จาก

$P = {h^2\over 20m_{\rm e}m_{\rm p}^{5/3}} \left({3\over\pi}\right)^{2/3} \left({\rho\over\mu_e}\right)^{5/3}$

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

แรงดันสภาพซ้อนสถานะของอิเล็กตรอนจะช่วยยับยั้งการยุบตัวเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ หากว่ามวลของมันต่ำกว่าขีดจำกัดจันทราสิกขา (1.38 เท่าของมวลดวงอาทิตย์) แรงดันดังกล่าวจะป้องกันมิให้ดาวแคระขาวสลายตัว ดาวฤกษ์ซึ่งมีมวลเกินกว่านี้และไม่มีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่สามารถใช้การได้อยู่ ดาวฤกษ์จะยุบตัวลงต่อไปจนกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ เนื่องจากแรงดันสภาพซ้อนสถานะที่ได้จากอิเล็กตรอนอ่อนกว่าแรงดึงของแรงโน้มถ่วง