Nötron yıldızı karadeliğe nasıl çöküyor?

Supernova'nın olağanüstü patlamalarını biliyoruz ki, yeterince ağır olduğunda kara delikler oluşturur. Hem elektromanyetik radyasyonun hem de büyük miktarda maddenin patlayıcı emisyonu açıkça gözlemlenebilir ve oldukça ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Yıldız yeterince büyükse, kalan kısım bir kara delik olacaktır. Yeterince büyük olmasaydı, bir nötron yıldızı olacak.

Şimdi kara delikler yaratmanın başka bir modu var: nötron yıldızı yeterli maddeyi yakalar veya iki nötron yıldızı çarpışır ve birleşik kütleleri, bir kara deliğe dönüşecek başka bir çökmeye neden olacak kadar çekim kuvveti oluşturur.

Hangi etkiler bununla ilişkili? Bir çeşit radyasyon ya da parçacık patlayıcı yayılımı var mı? Gözlenebilir mi? Nötronlarda kritik basınç artışına maruz kaldıklarında hangi fiziksel işlemler meydana gelir? Yeni karadeliğin kütlesi nedir, nötron kökenli yıldızıyla karşılaştırıldığında?

Bir nötron yıldızı, ilk etapta bir nötron yıldızı olabilmek için en az 1.4x güneş kütlesi (yani, Güneşimizin 1.4x kütlesi) olmalıdır. Detaylar için wikipedia'daki Chandrasekhar limitine bakınız.

Bir süpernova sırasında en az 8 güneş kütlesi olan bir yıldızın patlaması olan bir nötron yıldızı oluşur .

Bir nötron yıldızının maksimum kütlesi 3 güneş kütlesidir. Bundan daha büyük bir kitleye ulaşırsa, o zaman bir kuark yıldızına ve sonra da bir kara deliğe çökecek .

1 elektron + 1 proton = 1 nötron olduğunu biliyoruz;

1 nötron = 3 kuark = yukarı kuark + aşağı kuark + aşağı kuark;

1 proton = 3 kuark = yukarı kuark + yukarı kuark + aşağı kuark;

Bir süpernova, bir nötron yıldızı (1,4 ila 3 güneş kütlesi arasında), bir kuark yıldızı (yaklaşık 3 güneş kütlesi) veya yıldızın geriye kalan çökmüş çekirdeği olan bir kara delik (3 güneş kütlesinden büyük) ile sonuçlanır.

Bir süpernova sırasında, yıldız kütlesinin çoğu uzaya üflenir ve yıldız nükleosentezi ile üretilemeyen demirden daha ağır elementler oluşturur, çünkü demirin ötesinde, yıldız atomları geri döndürmek için daha fazla enerji gerektirir.

Süpernova çöküşü sırasında, çekirdekteki atomlar elektronlara, protonlara ve nötronlara ayrılır.

Süpernova'nın bir nötron yıldız çekirdeği ile sonuçlanması durumunda, çekirdekteki elektronlar ve protonlar nötron olacak şekilde birleştirilir, yani 1.4 ila 3 güneş kütlesi içeren yeni doğmuş 20 km çapındaki nötron yıldızı dev bir atom çekirdeği gibidir. sadece nötronları içeren.

Eğer nötron yıldızının kütlesi artarsa, nötronlar kurucu kuarklarına ayrılarak dejenere olurlar, böylece yıldız bir kuark yıldızı olur; kütlede daha fazla bir artış karadelikle sonuçlanır.

Bir kuark yıldızı için üst / alt kütle limiti bilinmemektedir (veya en azından bulamadım), her durumda, bir kara deliğin minimum sabit kütlesi olan 3 güneş kütlesi etrafında dar bir banttır.

Sabit bir kütleye (en az 3 güneş kütlesi) sahip bir kara delik hakkında konuştuğunuzda, bunların 4 çeşide geldiğini düşünmek iyidir: Dönen yüklü, Dönen yüklü, Dönmeyen yüklü, Dönmeyen yüklü .

Dönüşüm sırasında görsel olarak göreceğimiz şey, sert radyasyon flaşı olurdu. Bunun nedeni, çöküş sırasında, yüzey üzerindeki / yakınındaki parçacıkların olay ufkuna girmeden önce parçalandıkları sırada sert radyasyon yayma zamanına sahip olmalarıdır; bu yüzden gama ışını patlamalarının (GRB) nedenlerinden biri olabilir.

Atomların basınç altında protonlara, nötronlara ve elektronlara ayrıldığını biliyoruz.

Daha fazla basınç altında, protonlar ve elektronlar nötronlarda birleşir.

Daha da fazla baskı altında nötronlar kuarklara dönüşür.

Hala daha fazla baskı altında, belki kuarklar hala daha küçük parçacıklara dönüşür.

Sonuçta en küçük parçacık bir dizedir : açık veya kapalı döngü ve bir kuarktan daha küçük büyüklüklerde olan bir Planck uzunluğuna sahiptir. eğer bir ip uzunluğu 1 milimetre olacak şekilde büyütülürse, bir proton, 10,5 ışıkyılı uzaklıktaki Güneş ile Epsilon Eridani arasında rahatça sığacak bir çapa sahip olacaktır; Bir protonun bir dize ile karşılaştırılması ne kadar büyükse, kuarklar ve dizgiler arasında belki de birkaç tane ara şey olduğunu hayal edebilirsiniz.

Şu anda string teorisindeki tüm matematiği bulmak için birkaç on yıl daha gerekli olacak gibi görünüyor ve stringlerden daha küçük bir şey varsa, o zaman yeni bir teori gerekli olacak, fakat şimdiye dek string teorisi iyi görünüyor; Brian Greene tarafından yazılan Elegant Universe kitabına bakınız .

Bir tel saf enerjidir ve Einstein kütlenin sadece bir enerji şekli olduğunu söyler, bu nedenle kara deliğe çöküşü kütle / madde / baryonik parçacıkların görüntüsünü veren enerjinin yapısını bozar ve kütleyi en basitinde bırakır form, açık veya kapalı dizeler, yani yerçekimi ile bağlı saf enerji.

Kara deliklerin (kütle, yarıçap, dönüş, yük ve dolayısıyla yarıçap ile değişen yoğunluğa sahip oldukları için gerçekten delik veya tekillik olmayanlar) buharlaşabileceğini biliyoruz , böylece kütlelerinin tamamını radyasyon biçiminde vererek Onlar aslında enerjidir. Bir kara deliğin buharlaşması, kütlesi 3 güneş kütlesi olan sabit bir kara deliğin minimum kütlesinin altında olması durumunda meydana gelir; schwarzschild yarıçapı denklemi bile bir kara delik yarıçapı tersi onun kütlesini, ve yardımcısı verilir söyler.

Böylece, kaleminiz gibi istediğiniz bir şeyi bir kara deliğe dönüştürebilir ve kara bir delik haline gelmesi için onu istenen boyutta sıkıştırabilirsiniz; Sadece kendini hemen tamamen buharlaştıracak (sertleşecek) bir radyasyon parıltısına dönüşecektir, çünkü bir kalem kara delik kütlesinden (3 güneş kütlesi) daha azdır.

Bu nedenle CERN deneyinin hiçbir zaman Dünya'yı yutmak için kara bir delik oluşturmamış olması - bir atom altı kara delik, hatta tüm Dünya'nın veya Güneşin kütlesiyle bir şey yutmadan önce buharlaşacaktı; Güneş sistemimizde stabil (3 güneş kütlesi) kara delik açmaya yetecek kadar kütle yoktur.

Bir nötron yıldızının bir kara deliğe dönüşebilmesi için daha büyük hale gelmesinin basit bir yolu, bir nötron yıldızının ve ikili çiftinin birbirinin yörüngesinde yuvarladığı başka bir yıldıza yeterince yakın olduğu bir ikili sistemin parçası olmaktır. ve nötron yıldızı diğer yıldızdan gazı sifon ederek kütle kazanır.

İşte tam olarak bunu gösteren güzel bir çizim.

Bir kara deliğe düşen madde, ışık hızına doğru hızlandırılır. Hızlandıkça, madde atom altı parçacıklara ve sert radyasyona, yani X ışınlarına ve gama ışınlarına ayrılır. Bir kara deliğin kendisi görünmüyor, ancak hızlandırılmış ve parçacıklara bölünmüş madde içeri akan ışık görülebilmektedir. Kara delikler ayrıca arka plandaki yıldızların / galaksilerin ışığı üzerinde yerçekimi mercek etkisine neden olabilir.

Sadece sorunuzun bir bölümüne odaklanmak için. Bir nötron yıldızının bir araya toplanmış materyale veya iki nötron yıldızının kara delikler oluşturabilmesi için çarpışması mümkün olsa da, bu tür bir olay oldukça nadir olmak zorundadır (aşağıya bakınız).

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

$2.83M_{\odot}$

$\sim 10^{44}$J. Bir karadelik veya belki de daha büyük bir nötron yıldızı üretebilirler. Ayrıca gelecek nesil yerçekimi dalga deneyleri (şimdi gerçek olan) tarafından tespit edilebilecek bir yerçekimi dalgası imzası (bir "cıvıltı") olacaktır. Bu kara delikler izole edilebilir ve bu nedenle yukarıdaki kütle dağılımında temsil edilmez. Bu olayların bir başka gözlemsel imzası, çoğunlukla bu olaylarda üretilebilecek İridyum ve Altın gibi bir dizi ağır r-işleme elementinin mevcut seviyeleri biçiminde olabilir .

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

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

Gözlem önyargısı, ikili sistemlerdeki en düşük kütleli kara deliklere eşlik edenlerin her zaman Roche loblarından taşmaları olabilir . Elde edilen birikme imzası, eşlik spektrumunu basar ve dinamik bir kütle tahminini önler (örneğin, Fryer 1999 ). Chandra Galaktik Bulge Anketi daha tarafsız kara delik kütle dağılımı ölçmek için hangi kompakt ikilileri, örten, durgun, nispeten düşük X ışını parlaklığının örneklerini bulmak için çalışıyor.

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