Esiste la possibilità che una nana bianca possa trasformarsi in una stella di neutroni o in un buco nero?

So che una nana bianca è principalmente bilanciata dalla pressione della degenerazione elettronica e che se guadagna più di 1,4 masse solari da qualsiasi fonte (come una stella compagna o una collisione), esplode come una supernova di tipo I. Ma c'è qualche possibilità che una nana bianca possa trasformarsi in una stella di neutroni (o forse un buco nero)?

La risposta è: a una stella di neutroni - possibilmente; in un buco nero, no.

Il processo con cui si forma una stella di neutroni è noto come un collasso indotto da accrescimento e viene seriamente dibattuto, specialmente nel caso di nane bianche nate all'estremità superiore della "gamma di massa naturale" per le nane bianche e quindi accrescono più massa come parte di un sistema binario. Una lettura eccellente sono le sezioni introduttive di Taurus et al. (2013) , che passano attraverso la motivazione, il processo e l'evidenza (limitata) dell'osservazione. Vedi anche Schwab et al. (2015) ; Ruiter et al. (2018) .

Explosion vs Collapse

Un nano bianco può rispondere all'accrescimento del materiale esplodendo o collassando. Dipende dalla competizione tra l'energia rilasciata nelle reazioni di fusione e l'energia bloccata da reazioni di cattura di elettroni endotermici (nota anche come neutronizzazione).

Se vengono avviate reazioni termonucleari, il risultato probabile è una reazione nucleare in fuga - la pressione all'interno della stella non aumenta abbastanza rapidamente da impedire che l'intera stella subisca fusione. L'energia rilasciata supera l'energia di legame gravitazionale e il risultato probabile è una supernova di tipo Ia.

D'altra parte, la nana bianca è supportata dalla degenerazione elettronica. Se la neutronizzazione inizia a verificarsi nel nucleo, i protoni (nei nuclei) catturano elettroni per formare neutroni. Ciò destabilizza la stella facendola crollare. Il collasso procederebbe (rapidamente) in modo simile a una supernova di collasso centrale. I nuclei si dissocerebbero, la neutronizzazione verrebbe quasi completata e il collasso sarebbe fermato dalla formazione di una stella di neutroni.

Esistono poche possibilità che un tale collasso possa formare un buco nero. L'oggetto collassante sarebbe dell'ordine di 1,4 masse solari e comodamente più piccolo della massa massima delle stelle di neutroni osservate (almeno 2 masse solari). Pertanto, il collasso verrà arrestato nella fase a stella di neutroni.

Nane bianche di massa moderata

La maggior parte delle nane bianche di massa moderata hanno una composizione C / O. Dovranno accumulare molta massa per arrivare a una densità (circa kg / m , raggiunta a in una WD non rotante) dove la neutronizzazione diventa energicamente fattibile. Prima che ciò accada, è probabile che le reazioni di fusione siano innescate (a causa dell'alta densità, piuttosto che della temperatura). La soglia di densità di accensione è inferiore * * per nuclei con basso numero atomico (E <C <O) a causa della minore repulsione coulombiana, e le densità di soglia di accensione Si e C sono anche inferiore alla soglia neutronisation per C .$4\times 10^{13}$$^3$$1.38M_{\odot}$

Ciò significa che in una C / O WD che ha accumulato molta materia, l'accensione potrebbe avvenire in C al centro, oppure potrebbe essere innescata in Lui (a densità anche inferiori) alla base di un guscio di materiale accumulato in profondità . Il risultato sarebbe probabilmente la fusione termonucleare in fuga e la completa distruzione della stella.

Nane bianche più massicce

I WD O / Ne / Mg sono realizzati come le fasi finali di stelle più massicce ( ) e probabilmente sono nati come resti con massa molto più elevata rispetto ai C / O tipici. I dischi rigidi più voluminosi sono più piccoli, con densità più elevata. Le soglie di neutronizzazione per O, Ne e Mg sono solo , e kg / m$8-10M_{\odot}$$>1.2M_{\odot}$$1.9\times10^{13}$$6\times 10^{12}$$3\times 10^{12}$$^3$rispettivamente (tutti inferiori rispetto a C, in particolare a Ne e Mg). Ciò significa che un WD O / Ne / Mg potrebbe dover accumulare pochissima massa per raggiungere questa densità centrale, iniziare la neutronizzazione, che porta al collasso. Inoltre, se tali densità sono insufficienti per innescare la combustione C in una C / O WD, allora certamente non saranno abbastanza alte da innescare la combustione in O / Ne / Mg a causa della maggiore repulsione coulomb. Inoltre, se viene accumulata poca massa, non ci sarà una busta profonda di materiale accumulato in cui accendere il fuoco fuori centro.

Per tutti questi motivi, i WD O / Ne / Mg potrebbero essere più probabili ( Liu et al. 2018 ; ma vedi anche Wang 2018 ) collassare che esplodere (il collasso causerebbe comunque un tipo di supernova core-collasso).

Si verifica il collasso indotto da accrescimento?

Al momento esistono solo prove indirette. Quando osserviamo le stelle di neutroni di recente formazione, identificate come pulsar a rotazione rapida, vediamo che generalmente hanno velocità molto elevate. Si ritiene che queste velocità derivino da un "calcio" asimmetrico erogato da una supernova di collasso del nucleo di tipo II. Questo a sua volta suggerisce che potrebbe essere abbastanza difficile trattenere una stella di neutroni in un sistema binario, ma si ritiene che molte stelle di neutroni si trovino in sistemi binari, e si ritiene che molti di questi, in particolare le pulsar millisecondi, abbiano subito un significativo trasferimento di massa in il passato.

Ulteriori prove provengono dalla ritenzione di una significativa popolazione di stelle di neutroni all'interno di ammassi globulari. Ancora una volta, ci si poteva aspettare che i calci espellessero la maggior parte di questi. Inoltre, ci sono un certo numero di esempi che sembrano "giovani", in quanto il rapporto tra i loro periodi di spin e la velocità di decadimento di spin indica che si sono formati di recente. Dal momento che non ci sono stelle di massa elevate in ammassi globulari, e quindi non ci sono possibili progenitori di questi oggetti attraverso il collasso del nucleo di stelle massicce, quindi il collasso indotto dall'accrescimento di una nana bianca di massa elevata è una possibilità.

Non per la maggior parte delle nane bianche, perché di solito sono piene di materiale fusibile (in particolare carbonio e ossigeno). Quando un materiale del genere inizia a subire un collasso gravitazionale, si riscalda e si fonde, creando la supernova di tipo Ia e senza lasciare nulla a causa dell'intensità dell'esplosione. Ma alcune nane bianche hanno nuclei di ferro, ad esempio https://arxiv.org/abs/astro-ph/9911371 , e ci si potrebbe aspettare che il nucleo di ferro sopravvivrebbe alla supernova. Se non potesse ottenere abbastanza materiale per collassare in una stella di neutroni non potrei dire, non sembra facile ma non dire mai mai.

Se il tuo nano bianco ha un grosso nucleo di ferro. . . può essere. Ma probabilmente no. Il rapido tipo 1a crolla al limite di Chandrasekhar, con la pressione radiativa che preme nel nucleo di ferro. . . solo forse, ma anche allora voglio dire di no, non è possibile, solo che, quello scenario potrebbe avere una possibilità.

Un buco nero è un no difficile. Una stella di neutroni di massa solare di 2,5 (circa) può trasformarsi in un buco nero. Una nana bianca di massa solare 1.4 anche se fatta di ferro, anche se in qualche modo riesce a collassare in una stella di neutroni, sarebbe troppo luce per crollare in un buco nero.