Formazione stellare attorno ai buchi neri rotanti?

Per favore, scusa una domanda amatoriale. Mentre cercavo di pensare a qualsiasi cosa tranne ciò che stava accadendo durante una procedura dentale, la mia mente si rivolse a un modello di una stella vicino a un buco nero rotante e agli effetti sulla materia disegnata.

Mentre è ovvio che tale materia sarebbe eccitata ad alta temperatura, la combinazione di rotazione ed eccitazione potrebbe essere sufficiente per indurre una reazione di fusione prolungata?

Se è così, ciò produrrebbe abbastanza energia per mantenere un "anello" di fusione all'orizzonte degli eventi, essenzialmente una stella a ciambella?

Ci sarebbe abbastanza reazione per iniziare a produrre elementi più leggeri?

Pura curiosità generata dal tentativo di distrarmi

black-hole star-formation

— FlipC
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Buona domanda comunque, ma ++ 1 per l'astronomia come distrazione dal dentista!

— Chappo non ha dimenticato Monica il

Voglio dire di sì, la fusione avviene nel disco di accrescimento a causa delle altissime velocità orbitali e dello schiacciamento della materia che cade in quello che è relativamente un piccolissimo oggetto astrologico, almeno attorno a un buco nero di massa stellare. Qualsiasi energia di fusione rilasciata è notevolmente inferiore all'energia potenziale di qualsiasi materia in caduta, quindi anche se la fusione avviene prontamente, contribuirebbe solo a una piccola percentuale dei raggi gamma che fuoriescono dal disco. "Donut star", penso che dovremmo rimanere con il disco di accrescimento, in quanto è più violento di una stella. Dato che non ne sono davvero sicuro, sto solo per commentare.

— userLTK

Risposte:

L'accrescimento del materiale su (in) buchi neri (e stelle di neutroni) fornisce ambienti molto caldi e (relativamente) densi. In queste circostanze è possibile che si verifichi la fusione nucleare, la questione è se ciò sia significativo, sia dal punto di vista energetico sia come mezzo per produrre nuovi elementi chimici (nucleosintesi).

La risposta alla prima di queste domande è relativamente semplice. Mentre il materiale cade verso il buco nero, il suo momento angolare lo costringe a formare un disco di accrescimento. I processi viscosi riscaldano il disco e forniscono coppie, causano la perdita di energia e il momento angolare del materiale e infine la caduta nel buco nero. Gran parte dell'energia potenziale gravitazionale (GPE) ottenuta quando il materiale cade verso il buco nero finisce per riscaldare il materiale.

$=6GM/c^2$ $M$ $m$ $\sim GMmc^2/6GM = mc^2/6$

Confronta questo con la fusione nucleare. La fusione dell'idrogeno nell'elio rilascia solo lo 0,7% della massa restante come energia in grado di riscaldare il disco di accrescimento.

Quindi dal punto di vista energetico, le reazioni di fusione sono trascurabili, a meno che non possano verificarsi molto più in là nel disco

La domanda sulla resa della nucleosintesi è più complessa. Più un buco nero è massiccio e maggiore è la velocità di accrescimento, quindi in generale maggiore è la temperatura e la densità del disco e maggiore è la velocità di fusione. Ma dipende anche dai dettagli dei processi di raffreddamento possibili e dalla quantità di materiale che viene introdotta nel buco nero. Hu & Peng (2008) presentano alcuni modelli di accrescimento su un buco nero di 10 masse solari e suggeriscono che potrebbe essere possibile produrre alcuni rari isotopi con questo meccanismo. I buchi neri di dimensioni stellari probabilmente necessitano di tassi di accrescimento molto superiori a Eddington per raggiungere le temperature necessarie per sostenere la fusione nucleare (cioè tassi di accrescimento molto maggiori di quelli possibili con flussi di accrescimento sferici opposti a radiazione-pressione), secondoFrankel (2016) . Tali tassi sono probabilmente solo nei casi in cui i buchi neri interrompono un compagno binario, piuttosto che attraverso un flusso di accrescimento costante.

— Rob Jeffries
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Ho preso atto del fatto che "un sesto dell'energia di massa rimanente del materiale potrebbe essere rilasciata sotto forma di calore" .

— John Duffield,

@JohnDuffield Forse avrei dovuto dire "fino a 1/6", dal momento che alcuni possono ovviamente essere introdotti nel buco nero.

— Rob Jeffries,

forse avresti dovuto dire fino a 1/1!

— John Duffield,

@JonDuffield L'energia di massa a riposo più efficiente che può essere convertita in calore / radiazione per un buco nero non rotante con un disco di accrescimento è in realtà circa il 6%. Può salire a un massimo del 42% per un buco nero a rotazione prossimale.

— Rob Jeffries,

Il calore nel disco di accrescimento si verifica a causa dell'attrito e l'attrito si verifica solo quando c'è movimento relativo. Quindi in quel disco di accrescimento molte particelle si muovono l'una rispetto all'altra ad alta velocità, quindi la fusione non dovrebbe avvenire, perché per quella particella dovrebbero unirsi. Anche nelle stelle (come il nostro sole), la massa di stelle non è sufficiente per produrre fusione, e ha bisogno dell'aiuto del tunnel quantico, quindi non possiamo dire che la pressione sia disponibile all'interno di quel disco di accrescimento per superare la repulsione della forza nucleare.

— gauti
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Potrebbe essere più utile parlare di densità e temperatura anziché di pressione. La temperatura determina quante particelle hanno energia sufficiente per la fusione e la densità influenza la velocità complessiva. È possibile avere fusione a pressioni molto più basse rispetto ai nuclei stellari, ad esempio nei reattori a fusione artificiali.

— Hannes,