Звездообразование вокруг вращающихся черных дыр?

10

Пожалуйста, извините любительский вопрос. Пытаясь придумать что-либо, кроме того, что происходило во время стоматологической процедуры, мой разум обратился к модели звезды, близкой к вращающейся черной дыре, и к воздействию на затянутую материю.

Хотя очевидно, что такое вещество будет возбуждено до высокой температуры, может ли комбинации вращения и возбуждения быть достаточно, чтобы вызвать устойчивую реакцию синтеза?

Если это так, будет ли это производить достаточно энергии для поддержания «кольца» синтеза на горизонте событий - по сути, звезды-пончика?

Будет ли достаточно реакции, чтобы начать производить более легкие элементы?

Чистое любопытство, порожденное попыткой отвлечься

FlipC
источник
2
Хороший вопрос в любом случае, но ++ 1 для астрономии как отвлечение внимания у стоматолога!
Чаппо не забыл Монику
1
Я хочу сказать, да, слияние происходит в аккреционном диске из-за очень высоких орбитальных скоростей и дробления вещества, попадающего в относительно крошечный астрологический объект, по крайней мере, вокруг черной дыры звездной массы. Любая выделяемая энергия синтеза значительно ниже, чем потенциальная энергия любого падающего вещества, поэтому даже если процесс синтеза происходит легко, это будет способствовать лишь небольшому проценту гамма-лучей, выходящих из диска. «Звезда пончика», я думаю, что мы должны придерживаться аккреционного диска, поскольку он более жестокий, чем звезда. Поскольку я не совсем уверен, я просто собираюсь комментировать.
userLTK

Ответы:

5

Аккреция материала на (в) черные дыры (и нейтронные звезды) создает очень жаркую и (относительно) плотную среду. В этих условиях возможно ядерное слияние, вопрос в том, является ли это значительным, как в энергетическом, так и в качестве средства получения новых химических элементов (нуклеосинтез).

Ответ на первый из этих вопросов относительно прост. Когда материал падает к черной дыре, его момент импульса заставляет его образовывать аккреционный диск. Вязкие процессы нагревают диск и создают крутящие моменты, приводят к тому, что материал теряет энергию и угловой момент и, в конечном итоге, попадает в черную дыру. Большая часть гравитационной потенциальной энергии (ГПЭ), получаемой при падении материала к черной дыре, в конечном итоге нагревает материал.

Самая устойчивая круговая орбита черной дыры находится при 3 радиусах Шварцшильда , где - масса черной дыры. GPE, выпущенный для материала с массой падающей на этот радиус, равен . то есть полностью одна шестая часть энергии покоя материала может быть выделена в виде тепла.=6GM/c2MmGMmc2/6GM=mc2/6

Сравните это с ядерным синтезом. Слияние водорода с гелием высвобождает только 0,7% массы покоя в виде энергии, которая может нагревать аккреционный диск.

Таким образом, с энергетической точки зрения, реакции синтеза незначительны, если они не могут происходить намного дальше в диске

Вопрос о выходах нуклеосинтеза является более сложным. Чем массивнее черная дыра и чем выше скорость аккреции, тем в целом выше температура и плотность диска и выше скорость слияния. Но это также зависит от деталей возможных процессов охлаждения и от того, сколько материала попадет в черную дыру. Hu & Peng (2008) представляет некоторые модели аккреции на черную дыру с массой 10 солнечных частиц и предполагает, что с помощью этого механизма можно получить некоторые редкие изотопы. Черные дыры звездного размера, вероятно, очень нуждаются в очень высоких скоростях аккреции Эддингтона для достижения необходимых температур для поддержания ядерного синтеза (т. Е. Гораздо более высокие скорости аккреции, чем это возможно при сферических аккреционных потоках, противоположных радиационному давлению), в соответствии сФранкель (2016) . Такие скорости вероятны только в тех случаях, когда черные дыры разрушают бинарный спутник, а не через устойчивый аккреционный поток.

Роб Джеффрис
источник
1
Я принял к сведению, что «одна шестая часть массы покоя материала может быть выделена в виде тепла» .
Джон Даффилд
@JohnDuffield Может быть, мне следовало сказать «до 1/6», поскольку некоторые из них, очевидно, могут быть перенесены в черную дыру.
Роб Джеффрис
может быть, вы должны были сказать до 1/1!
Джон Даффилд
@JonDuffield Наиболее эффективно, что энергия массы покоя может быть преобразована в тепло / излучение для невращающейся черной дыры с аккреционным диском, фактически составляет около 6%. Она может возрасти до 42% для максимально вращающейся черной дыры.
Роб Джеффрис
0

Нагревание в аккреционном диске происходит за счет трения, а трение происходит только при наличии относительного движения. Таким образом, в этом аккреционном диске много частиц движутся относительно друг друга с высокими скоростями, поэтому слияния не должно происходить, потому что для этой частицы должны собраться вместе. Даже в звезде (как и в нашем Солнце) массы звезды недостаточно для того, чтобы произвести синтез, и ей нужна помощь квантового туннелирования, поэтому мы не можем сказать, что внутри аккреционного диска имеется давление, чтобы преодолеть отталкивание ядерной силы.

Gauti
источник
1
Может быть более полезно говорить о плотности и температуре, а не о давлении. Температура определяет, сколько частиц имеет достаточно энергии для синтеза, а плотность влияет на общую скорость. Можно осуществлять плавление при давлениях, которые намного ниже, чем в звездных ядрах, например, в искусственных термоядерных реакторах.
Ханнес