Как нейтронная звезда коллапсирует в черную дыру?

Мы знаем о впечатляющих взрывах сверхновых, которые, когда они достаточно тяжелые, образуют черные дыры. Взрывная эмиссия как электромагнитного излучения, так и огромных количеств вещества явно наблюдаема и изучена довольно тщательно. Если звезда была достаточно массивной, то остатком станет черная дыра. Если это не было достаточно массивно, это будет нейтронная звезда.

Теперь есть другой способ создания черных дыр: нейтронная звезда захватывает достаточно вещества, или две нейтронные звезды сталкиваются, и их объединенная масса создает достаточно силы гравитации, чтобы вызвать другой коллапс - в черную дыру.

Какие эффекты связаны с этим? Есть ли взрывной выброс какого-либо излучения или частиц? Это наблюдаемое? Какие физические процессы происходят в нейтронах, когда они подвергаются критическому увеличению давления? Какова масса новой черной дыры по сравнению с ее нейтронной звездой происхождения?

Нейтронная звезда должна иметь минимальную массу не менее 1,4-кратной массы Солнца (то есть 1,4-кратной массы нашего Солнца), чтобы стать нейтронной звездой в первую очередь. См. Чандрасекхар лимит в Википедии для деталей.

Нейтронная звезда образуется во время сверхновой , взрыва звезды, которая составляет не менее 8 солнечных масс.

Максимальная масса нейтронной звезды составляет 3 солнечных массы. Если он станет более массивным, чем это, он превратится в кварковую звезду , а затем в черную дыру.

Мы знаем, что 1 электрон + 1 протон = 1 нейтрон;

1 нейтрон = 3 кварка = вверх кварка + вниз кварка + вниз кварка;

1 протон = 3 кварка = вверх-вверх + вверх-вниз + вниз-кварк;

Сверхновая приводит к появлению нейтронной звезды (между 1,4 и 3 солнечными массами), кварковой звезды (около 3 солнечных масс) или черной дыры (больше 3 солнечных масс), которая является оставшимся коллапсирующим ядром звезды.

Во время сверхновой большая часть звездной массы вылетает в космос, образуя элементы, более тяжелые, чем железо, которые не могут быть получены в результате нуклеосинтеза звезды, потому что помимо железа звезде требуется больше энергии, чтобы сплавить атомы, чем она возвращается.

Во время коллапса сверхновой атомы в ядре распадаются на электроны, протоны и нейтроны.

В случае, когда сверхновая приводит к образованию ядра нейтронной звезды, электроны и протоны в ядре объединяются в нейтроны, поэтому недавно рожденная нейтронная звезда диаметром 20 км, содержащая от 1,4 до 3 масс Солнца, подобна гигантскому атомному ядру содержащие только нейтроны.

Если затем масса нейтронной звезды увеличивается, нейтроны вырождаются, распадаясь на составляющие их кварки, таким образом, звезда становится кварковой звездой; дальнейшее увеличение массы приводит к черной дыре.

Верхний / нижний предел массы для кварковой звезды неизвестен (или, по крайней мере, я не смог его найти), в любом случае, это узкая полоса вокруг 3 солнечных масс, которая является минимальной стабильной массой черной дыры.

Когда вы говорите о черной дыре со стабильной массой (не менее 3-х солнечных масс), полезно учитывать, что они бывают четырех видов: вращающийся-заряженный, вращающийся-незаряженный , не вращающийся-заряженный, не вращающийся-незаряженный ,

То, что мы увидим визуально во время трансформации, будет сильной вспышкой излучения. Это связано с тем, что во время коллапса частицы, находящиеся на поверхности или вблизи нее, имеют время для испускания жесткого излучения, поскольку они распадаются, прежде чем попасть в горизонт событий; так что это может быть одной из причин гамма-всплесков (GRBs).

Мы знаем, что атомы распадаются на протоны, нейтроны, электроны под давлением.

Под большим давлением протоны и электроны объединяются в нейтроны.

Под еще большим давлением нейтроны распадаются на кварки.

Под еще большим давлением, возможно, кварки распадаются на еще более мелкие частицы.

В конечном итоге самая маленькая частица - это струна : открытая или замкнутая, имеющая длину Планка, которая на много порядков меньше кварка. если струна увеличена до 1 миллиметра в длину, то протон будет иметь диаметр, который будет плотно прилегать к Солнцу и Эпсилону Эридани на расстоянии 10,5 световых лет; Вот как большой протон по сравнению со струной, так что вы можете себе представить, что между кварками и струнами может быть довольно много промежуточных вещей.

В настоящее время, похоже, понадобится еще несколько десятилетий, чтобы понять всю математику в теории струн, и если есть что-то меньшее, чем строки, то потребуется новая теория, но пока теория струн выглядит хорошо; см. книгу « Элегантная вселенная » Брайана Грина.

Струна - это чистая энергия, и Эйнштейн сказал, что масса - это просто форма энергии, поэтому коллапс в черную дыру действительно разрушает структуру энергии, которая создает видимость массы / вещества / барионных частиц, и оставляет массу в ее самой простой форме. форма, открытые или закрытые струны, то есть чистая энергия, связанная гравитацией.

Мы знаем, что черные дыры (которые на самом деле не являются дырами или особенностями, поскольку они имеют массу, радиус, вращение, заряд и, следовательно, плотность, которая изменяется в зависимости от радиуса), могут испаряться , отдавая всю свою массу в форме излучения, что доказывает они на самом деле энергия. Испарение черной дыры происходит, если ее масса меньше минимальной массы устойчивой черной дыры, которая составляет 3 солнечные массы; радиус Шварцшильда уравнение даже говорит вам , что радиус черной дыры с учетом ее массы, и наоборот.

Таким образом, вы можете превратить все, что хотите, например, карандаш, в черную дыру, если хотите, и сжать ее до нужного размера, чтобы она стала черной дырой; просто он сразу же превратится (испарится) полностью в вспышку жесткого излучения, потому что карандаш меньше массы стабильной черной дыры (3 солнечных массы).

Вот почему эксперимент CERN никогда не мог создать черную дыру для поглощения Земли - субатомная черная дыра, даже с массой всей Земли или Солнца, испарилась бы, прежде чем что-то поглотить; в нашей солнечной системе недостаточно массы, чтобы создать стабильную (3 солнечную массу) черную дыру.

Простой способ сделать нейтронную звезду более массивной, чтобы она могла превратиться в черную дыру, - это быть частью двойной системы, где она достаточно близка к другой звезде, чтобы нейтронная звезда и ее двойная пара вращались вокруг друг друга. и нейтронная звезда откачивает газ от другой звезды , таким образом набирая массу.

Вот хороший рисунок, показывающий именно это.

Материя, падающая в черную дыру, ускоряется в направлении скорости света. По мере ускорения вещество распадается на субатомные частицы и жесткую радиацию, то есть рентгеновские лучи и гамма-лучи. Сама черная дыра не видна, но виден свет от падающей материи, который ускоряется и распадается на частицы. Черные дыры могут также вызвать эффект гравитационной линзы на фоне звезд / галактик.

Просто чтобы сосредоточиться на одной части вашего вопроса. Хотя нейтронная звезда может аккрецировать материал или сталкиваться с двумя нейтронными звездами, чтобы сформировать черные дыры, такого рода событие должно быть довольно редким (хотя см. Ниже)

$2M_{\odot}$$5M_{\odot}$

$2.83M_{\odot}$

$\sim 10^{44}$J. Они могут создать черную дыру или, возможно, более массивную нейтронную звезду. Также будет сигнатура гравитационной волны («чириканье»), которую можно обнаружить в следующем поколении экспериментов с гравитационной волной (теперь это реальность). Эти черные дыры могут быть изолированы и, следовательно, не представлены в распределении масс выше. Дополнительная наблюдательная сигнатура этих событий может быть в виде текущих уровней ряда тяжелых элементов r-процесса, таких как иридий и золото, которые в основном могут быть получены в этих событиях.

$1.5M_{\odot}$$2M_{\odot}$$3M_{\odot}$$>10^{18}$$^3$$2M_{\odot}$

$M_{\odot}$$M_{\odot}$

Наблюдательный уклон заключается в том, что спутники черных дыр с наименьшей массой в двойных системах могут всегда переполнять свои доли Роша. Результирующая аккреционная сигнатура затопляет спектр спутника и препятствует динамической оценке массы (например, Fryer 1999 ). Чандр Галактическая Выпуклость Обзор пытается найти примеры, в состоянии покоя относительно низкой рентгеновской светимости, затмевая компактные двоичные файлы, с помощью которых для измерения более несмещенного распределения массы черной дыры.

$2.4^{+2.1}_{-1.1}\ M_{\odot}$