Bagaimana bintang neutron runtuh ke dalam lubang hitam?

Bintang neutron harus memiliki massa minimum setidaknya 1,4x massa matahari (yaitu, 1,4x massa Matahari kita) untuk menjadi bintang neutron. Lihat batas Chandrasekhar di wikipedia untuk detailnya.

Bintang neutron terbentuk selama supernova , ledakan bintang yang setidaknya 8 massa matahari.

Massa maksimum bintang neutron adalah 3 massa matahari. Jika itu menjadi lebih masif dari itu, maka ia akan runtuh menjadi bintang quark , dan kemudian menjadi lubang hitam.

Kita tahu bahwa 1 elektron + 1 proton = 1 neutron;

1 neutron = 3 quark = kuark atas + kuark bawah + kuark bawah;

1 proton = 3 quark = up quark + up quark + down quark;

Supernova menghasilkan bintang neutron (antara 1,4 dan 3 massa matahari), bintang kuark (sekitar 3 massa matahari), atau lubang hitam (lebih besar dari 3 massa matahari), yang merupakan sisa inti dari bintang yang hancur.

Selama supernova, sebagian besar massa bintang diterbangkan ke ruang angkasa, membentuk unsur-unsur yang lebih berat daripada besi yang tidak dapat dihasilkan melalui nukleosintesis bintang, karena di luar besi, bintang membutuhkan lebih banyak energi untuk memadukan atom daripada kembali.

Selama supernova runtuh, atom-atom di inti pecah menjadi elektron, proton dan neutron.

Dalam hal supernova menghasilkan inti bintang neutron, elektron dan proton dalam inti digabung menjadi neutron, sehingga bintang neutron berdiameter 20 km yang baru lahir yang mengandung antara 1,4 dan 3 massa matahari seperti inti atom raksasa hanya mengandung neutron.

Jika massa bintang neutron kemudian meningkat, neutron menjadi merosot, memecah kuark penyusunnya, sehingga bintang menjadi bintang kuark; peningkatan lebih lanjut dalam hasil massa dalam lubang hitam.

Batas massa atas / bawah untuk bintang quark tidak diketahui (atau setidaknya saya tidak bisa menemukannya), dalam hal apapun, itu adalah pita sempit sekitar 3 massa matahari, yang merupakan massa stabil minimum dari lubang hitam.

Ketika Anda berbicara tentang lubang hitam dengan massa stabil (setidaknya 3 massa matahari), ada baiknya mempertimbangkan bahwa mereka datang dalam 4 rasa: berputar-diisi, berputar-tidak-diisi , tidak-berputar-diisi, tidak-berputar-tidak-diisi .

Apa yang akan kita lihat secara visual selama transformasi adalah flash radiasi yang keras. Ini karena selama keruntuhan, partikel-partikel di / dekat permukaan memiliki waktu untuk memancarkan radiasi keras ketika mereka pecah sebelum masuk ke horizon peristiwa; jadi ini bisa menjadi salah satu penyebab semburan sinar gamma (GRB).

Kita tahu bahwa atom pecah menjadi proton, neutron, elektron di bawah tekanan.

Di bawah tekanan yang lebih, proton dan elektron bergabung menjadi neutron.

Di bawah tekanan yang bahkan lebih, neutron terurai menjadi quark.

Di bawah tekanan yang lebih besar lagi, mungkin quark terurai menjadi partikel yang lebih kecil.

Pada akhirnya partikel terkecil adalah string : loop terbuka atau tertutup, dan memiliki panjang Planck, yang banyak urutan besarnya lebih kecil dari quark. jika sebuah string diperbesar sehingga panjangnya 1 milimeter, maka sebuah proton akan memiliki diameter yang pas di antara Matahari dan Epsilon Eridani, 10,5 tahun cahaya jauhnya; itulah seberapa besar proton dibandingkan dengan string, sehingga Anda dapat membayangkan mungkin ada beberapa hal antara antara quark dan string.

Saat ini sepertinya diperlukan beberapa dekade lagi untuk mencari tahu semua matematika dalam teori string, dan jika ada sesuatu yang lebih kecil dari string maka teori baru akan diperlukan, tetapi sejauh ini teori string terlihat bagus; lihat buku Elegant Universe oleh Brian Greene.

Sebuah string adalah energi murni dan Einstein mengatakan massa hanyalah bentuk energi, sehingga keruntuhan menjadi lubang hitam benar-benar memecah struktur energi yang memberikan penampilan massa / materi / partikel baryonic, dan meninggalkan massa dalam bentuk yang paling sederhana. bentuk, string terbuka atau tertutup, yaitu energi murni yang terikat oleh gravitasi.

Kita tahu bahwa lubang hitam (yang bukan benar-benar lubang atau singularitas, karena mereka memiliki massa, jari-jari, rotasi, muatan dan karenanya kepadatan, yang bervariasi dengan jari-jari) dapat menguap , menyerahkan seluruh massa mereka dalam bentuk radiasi, sehingga membuktikan mereka sebenarnya adalah energi. Evaporasi lubang hitam terjadi jika massanya berada di bawah massa minimum lubang hitam stabil, yaitu 3 massa matahari; yang radius Schwarzschild persamaan bahkan memberitahu Anda apa radius lubang hitam diberikan massa, dan sebaliknya.

Jadi Anda bisa mengubah apa pun yang Anda inginkan, seperti pensil Anda, menjadi lubang hitam jika Anda mau, dan bisa mengompresnya menjadi ukuran yang diperlukan agar menjadi lubang hitam; hanya saja ia akan segera mentransformasikan dirinya (menguap) sepenuhnya menjadi kilatan radiasi yang keras, karena pensil kurang dari massa lubang hitam yang stabil (3 massa matahari).

Inilah sebabnya mengapa percobaan CERN tidak akan pernah bisa menciptakan lubang hitam untuk menelan Bumi - lubang hitam subatomik, bahkan satu dengan massa seluruh Bumi, atau Matahari, akan menguap sebelum menelan apa pun; tidak ada cukup massa di tata surya kita untuk membuat lubang hitam yang stabil (3 massa matahari).

Cara sederhana agar bintang neutron menjadi lebih masif agar dapat berubah menjadi lubang hitam adalah dengan menjadi bagian dari sistem biner, di mana ia cukup dekat dengan bintang lain sehingga bintang neutron dan pasangan binernya saling mengorbit satu sama lain , dan bintang neutron menyedot gas dari bintang lain , sehingga mendapatkan massa.

Biner variabel kataklikma

Ini adalah gambar yang bagus yang menunjukkan hal itu.

Materi yang jatuh ke dalam lubang hitam dipercepat menuju kecepatan cahaya. Saat dipercepat, materi terurai menjadi partikel subatomik dan radiasi keras, yaitu sinar-X dan sinar gamma. Lubang hitam itu sendiri tidak terlihat, tetapi cahaya dari materi infalling yang dipercepat dan dipecah menjadi partikel terlihat. Lubang hitam juga dapat menyebabkan efek lensa gravitasi pada cahaya bintang latar belakang / galaksi.

jina
sumber

Saya hanya akan mencantumkan ketidakakuratan jawaban ini: (i) Bintang neutron harus lebih besar dari 1,4Msun. Tidak benar dan beberapa diketahui tidak. Massa Chandrasekhar tergantung pada komposisi - inti supernova tidak terbuat dari karbon (yang sesuai untuk 1.4 Msun). (ii) Massa maksimum bintang neutron setidaknya 2Msun (diukur tertinggi). Kita tidak tahu seberapa jauh lebih tinggi, tetapi relativitas umum menempatkan batas atas sekitar 3Msun. (iii) Tidak ada yang tahu jika ada bintang quark. (iv) Bintang neutron tidak hanya terbuat dari neutron. (v) Neutron dalam bintang neutron telah mengalami degenerasi.

Rob Jeffries

(vi) Lubang hitam tampak secara observasi memiliki massa minimum sekitar 4-5Msun (Ozel di al. 2012). (vii) Massa stabil minimum untuk black hole jelas bukan 3Mun. (viii) GRB tidak disebabkan oleh materi yang jatuh ke dalam lubang hitam (atau memberikan referensi untuk setiap pekerjaan yang mengatakan demikian). (ix) Penguapan lubang hitam mungkin relevan untuk lubang hitam mikro, itu sama sekali tidak relevan untuk lubang hitam berukuran bintang. (x) Paragraf tentang pensil yang menghilang dalam sekejap adalah omong kosong.

Rob Jeffries

Mungkin saya hanya menyebutkan dua hal: Pertama ya mungkin jawabannya memiliki beberapa angka yang termasuk pengecualian tetapi saya tidak melihat mengapa ini membutuhkan daftar yang mendalam. Kedua saya harus menyebutkan bahwa Anda mendukung teori string seolah-olah itu tidak dapat dibantah, yang saya khawatir tidak benar sedikit pun. Ini, tentu saja, teori yang sah, namun Anda benar-benar harus menyebutkan itu.

trevorKirkby

@userLTK Massa bintang neutron terbesar yang diukur adalah 2 massa matahari. Kesenjangan yang Anda komentari dibahas dalam jawaban saya dan setidaknya ada dua kelas penjelasan untuk itu. Bintang-bintang neutron memiliki ketidakstabilan GR yang membuat mereka jatuh jauh sebelum mereka mendekati jari-jari Schwarzschild mereka.

Rob Jeffries

Saya tidak tahu mengapa Anda berspekulasi tentang kemungkinan komponen quark. Quark (dan lepton) adalah fundamental dalam Model Standar, tidak ada bukti bahwa mereka adalah partikel komposit. Dan bahkan dalam teori string, quark tidak terbuat dari string, itu adalah string dalam mode getaran tertentu.

PM 2Ring

Hanya untuk fokus pada satu bagian dari pertanyaan Anda. Meskipun bintang neutron dapat menghasilkan material, atau dua bintang neutron bertabrakan, untuk membentuk lubang hitam, peristiwa semacam ini harus sangat langka (walaupun lihat di bawah)

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

Bintang neutron dan distribusi massa black hole dari Ozel et al. (2012).

$2.83M_{\odot}$

$\sim 10^{44}$ J. Mereka dapat menghasilkan lubang hitam, atau mungkin bintang neutron yang lebih masif. Juga akan ada tanda tangan gelombang gravitasi ("kicauan") yang dapat dideteksi oleh generasi berikutnya dari eksperimen gelombang gravitasi (sekarang menjadi kenyataan). Lubang hitam ini dapat diisolasi dan karenanya tidak terwakili dalam distribusi massa di atas. Sebuah tanda tangan pengamatan lebih lanjut dari peristiwa ini mungkin dalam bentuk level saat ini dari sejumlah elemen r-proses yang berat, seperti Iridium dan emas, yang mungkin sebagian besar diproduksi dalam peristiwa ini.

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

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

Bias pengamatan adalah bahwa para sahabat ke lubang hitam massa terendah dalam sistem biner mungkin selalu meluap lobe Roche mereka. Tanda tangan akresi yang dihasilkan membanjiri spektrum pendamping dan mencegah perkiraan massa dinamis (misalnya Fryer 1999 ). The Chandra Galactic Bulge Survey mencoba untuk menemukan contoh dari diam, relatif rendah X-ray luminositas, gerhana binari kompak, yang dapat digunakan untuk mengukur distribusi massa lubang hitam yang lebih berisi.

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

Rob Jeffries
sumber

Bagaimana bintang neutron runtuh ke dalam lubang hitam?

Jawaban: