Tworzenie gwiazd wokół obracających się czarnych dziur?

10

Proszę wybaczyć amatorskie pytanie. Próbując myśleć o niczym innym, niż o tym, co działo się podczas zabiegu dentystycznego, mój umysł zwrócił się do modelu gwiazdy blisko obracającej się czarnej dziury i wpływu na narysowaną materię.

Chociaż oczywiste jest, że taka materia byłaby wzbudzona do wysokiej temperatury, czy połączenie rotacji i wzbudzenia może wystarczyć do wywołania trwałej reakcji syntezy jądrowej?

Jeśli tak, czy wytworzyłoby to wystarczającą ilość energii, aby utrzymać „pierścień” syntezy jądrowej na horyzoncie zdarzeń - zasadniczo gwiazdę pączka?

Czy byłaby wystarczająca reakcja, aby zacząć wytwarzać lżejsze elementy?

Czysta ciekawość wywołana próbą odwrócenia uwagi

FlipC
źródło
2
W każdym razie dobre pytanie, ale ++ 1 dla astronomii jako odwrócenie uwagi u dentysty!
Chappo nie zapomniał Moniki
1
Chcę powiedzieć tak, fuzja zachodzi w dysku akrecyjnym z powodu bardzo dużych prędkości orbitalnych i kruszenia materii wpadającej w coś, co jest stosunkowo bardzo małym astrologicznym obiektem, przynajmniej wokół czarnej gwiazdy o masie gwiezdnej. Każda uwolniona energia termojądrowa jest znacznie niższa niż energia potencjalna spadającej materii, więc nawet jeśli fuzja zachodzi łatwo, przyczyniłaby się jedynie do niewielkiego odsetka promieni gamma, które uciekają z dysku. „Gwiazda pączka”, myślę, że powinniśmy trzymać się dysku akrecyjnego, ponieważ jest bardziej gwałtowny niż gwiazda. Ponieważ nie jestem do końca pewien, po prostu skomentuję.
userLTK

Odpowiedzi:

5

Akrecja materiału w (do) czarnych dziur (i gwiazd neutronowych) zapewnia środowiska, które są zarówno bardzo gorące, jak i (stosunkowo) gęste. W tych okolicznościach możliwe jest wystąpienie fuzji jądrowej, pytanie brzmi, czy jest to znaczące, zarówno energetycznie, jak i jako środek do wytwarzania nowych pierwiastków chemicznych (nukleosynteza).

Odpowiedź na pierwsze z tych pytań jest stosunkowo prosta. Gdy materiał spada w kierunku czarnej dziury, jego moment kątowy zmusza go do utworzenia dysku akrecyjnego. Lepkie procesy ogrzewają dysk i zapewniają momenty obrotowe, powodują utratę energii i momentu pędu, a ostatecznie pozwalają mu wpaść do czarnej dziury. Znaczna część grawitacyjnej energii potencjalnej (GPE) uzyskanej w miarę opadania materiału w kierunku czarnej dziury powoduje jego podgrzanie.

=6solM./do2)M.msolM.mdo2)/6solM.=mdo2)/6

Porównaj to z syntezą jądrową. Fuzja wodoru z helem uwalnia jedynie 0,7% masy spoczynkowej jako energii, która może ogrzać dysk akrecyjny.

Z energetycznego punktu widzenia reakcje syntezy jądrowej są znikome, chyba że mogą wystąpić znacznie dalej w dysku

Pytanie o wydajności nukleosyntezy jest bardziej złożone. Im bardziej masywna jest czarna dziura i im wyższa jest szybkość akrecji, tym na ogół wyższa temperatura i gęstość dysku oraz wyższa szybkość fuzji. Ale zależy to również od szczegółów możliwych procesów chłodzenia i od tego, ile materiału zaleca się do czarnej dziury. Hu & Peng (2008) przedstawiają niektóre modele akrecji na czarnej dziurze 10 mas Słońca i sugerują, że ten mechanizm może umożliwiać wytwarzanie niektórych rzadkich izotopów. Czarne dziury wielkości gwiezdnej prawdopodobnie potrzebują bardzo zasadniczo szybkości narastania super-Eddingtona, aby osiągnąć temperatury niezbędne do podtrzymania syntezy jądrowej (tj. Znacznie wyższe prędkości narostu niż są możliwe przy sferycznych przepływach narostu przeciwnych promieniowaniu)Frankel (2016) . Takie prędkości są prawdopodobne tylko w przypadkach, w których czarne dziury zakłócają binarnego towarzysza, a nie przez stały przepływ akrecji.

Rob Jeffries
źródło
1
Zauważyłem, że „w pełni jedna szósta masy energii spoczynkowej materiału może zostać uwolniona w postaci ciepła” .
John Duffield,
@JohnDuffield Może powinienem był powiedzieć „do 1/6”, ponieważ niektórym można oczywiście doradzić w czarnej dziurze.
Rob Jeffries,
może powinieneś powiedzieć do 1/1!
John Duffield,
@ JonDuffield Najbardziej wydajna energia masy spoczynkowej może być przekształcona w ciepło / promieniowanie dla nierotującej czarnej dziury z dyskiem akrecyjnym w rzeczywistości około 6%. Może wzrosnąć do maksymalnie 42% w przypadku wirującej czarnej dziury.
Rob Jeffries
0

Ciepło w dysku akrecyjnym występuje z powodu tarcia, a tarcie występuje tylko wtedy, gdy występuje ruch względny. Tak więc na tym dysku akrecyjnym wiele cząstek porusza się względem siebie z dużymi prędkościami, więc fuzja nie powinna się zdarzyć, ponieważ dla tej cząstki powinny się łączyć. Nawet w gwieździe (tak jak nasze słońce) masa gwiazdy nie wystarcza do wytworzenia fuzji i potrzebuje pomocy tunelowania kwantowego, więc nie możemy powiedzieć, że ciśnienie w dysku akrecyjnym jest możliwe, aby pokonać odpychanie siły jądrowej.

Gauti
źródło
1
Bardziej pomocne może być mówienie o gęstości i temperaturze zamiast o ciśnieniu. Temperatura określa, ile cząstek ma wystarczająco dużo energii do stopienia, a gęstość wpływa na ogólną szybkość. Możliwe jest stapianie przy ciśnieniach, które są znacznie niższe niż w rdzeniach gwiazdowych, np. W sztucznych reaktorach termojądrowych.
Hannes,