中子星如何坍塌成黑洞?


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我们知道超新星的壮观爆炸,当爆炸足够重时,就会形成黑洞。电磁辐射和大量物质的爆炸性发射是清晰可见的,并且进行了相当彻底的研究。如果恒星足够大,则残留物将是一个黑洞。如果不够大,它将成为中子星。

现在,有另外一种产生黑洞的方式:中子星捕获足够的物质,或者两个中子星碰撞,它们的结合质量产生足够的引力,导致另一个坍塌-进入黑洞。

有什么影响呢?是否存在某种辐射或微粒的爆炸性释放?可以观察到吗?当中子受到压力的临界增加时,中子会发生什么物理过程?与它的中子星相比,新黑洞的质量是多少?


在质量间隙的中间有一些BH质量的测量值。参见例如Zdziarski等。2013(adsabs.harvard.edu/abs/2013MNRAS.429L.104Z)和Neustroev等人。2014(adsabs.harvard.edu/abs/2014MNRAS.445.2424N)。

有趣。但是,由于质量的不确定性,在两种情况下仍允许它们等于或大于4个太阳质量。显然,这是一个主题,还有很多工作要做,这两篇论文都按照我在回答中所讲的内容进行了有趣的讨论。
罗布·杰弗里斯

Answers:


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中子星必须具有至少1.4倍太阳质量(即太阳质量的1.4倍)的最小质量,才能首先成为中子星。有关详细信息,请参阅Wikipedia上的Chandrasekhar限制

中子星是在超新星形成期间形成的,超新星是至少8个太阳质量的恒星爆炸。

中子星的最大质量是3个太阳质量。如果它变得更大,那么它将坍缩成一个夸克星,然后变成一个黑洞。

我们知道1个电子+ 1个质子= 1个中子;

1个中子= 3个夸克=上夸克+下夸克+下夸克;

1质子= 3夸克=上夸克+上夸克+下夸克;

超新星会产生中子星(介于1.4至3个太阳质量之间),夸克星(约3个太阳质量)或黑洞(大于3个太阳质量),这是恒星剩下的坍塌的核。

在超新星爆发期间,大多数恒星质量被吹入太空,形成了比铁重的元素,这些元素不能通过恒星的核合成而产生,因为除了铁之外,恒星需要更多的能量来融合原子而不是返回。

在超新星崩溃期间,核心中的原子分解为电子,质子和中子。

在超新星产生中子星核的情况下,核中的电子和质子合并成为中子,因此新生的直径为20公里的中子星包含1.4至3个太阳质量,就像一个巨大的原子核只包含中子。

如果中子星的质量随后增加,中子就会退化,分解成其组成的夸克,因此该恒星就变成了夸克星。质量进一步增加会导致出现黑洞。

夸克星的质量上限/下限未知(或者至少我找不到),无论如何,它是围绕3个太阳质量的窄带,这是黑洞的最小稳定质量。

当您谈论质量稳定的黑洞(至少3个太阳质量)时,最好考虑它们有4种口味:旋转带电,旋转不带电,不旋转带电,不旋转不带电。

在转换过程中,我们在视觉上看到的将是硬辐射闪光。这是因为在坍塌过程中,表面上/附近的粒子在进入事件视界之前会破裂,因此有时间发出硬辐射。因此这可能是伽马射线暴(GRB)的原因之一。

我们知道原子在压力下分解成质子,中子和电子。

在更高的压力下,质子和电子结合成中子。

在更大的压力下,中子分解成夸克。

在更大的压力下,也许夸克会分解成更小的颗粒。

最终,最小的粒子是一个字符串:开环或闭环,并且其普朗克长度比夸克小许多个数量级。如果将字符串放大到1毫米长,则质子的直径将恰好适合10.5光年远的太阳与Epsilon Eridani之间;这就是质子与字符串相比有多大,因此您可以想象在夸克和字符串之间可能存在很多中间事物。

目前看来,要弄清楚弦理论中的所有数学运算,还需要几十年,如果有什么小于弦理论,那么就需要一种新的理论,但是到目前为止,弦理论看起来还不错。请参阅布莱恩·格林(Brian Greene)写的《优雅的宇宙》

弦是纯能量,爱因斯坦说质量只是能量的一种形式,所以塌陷到黑洞中实际上破坏了能量的结构,从而使质量/物质/巴里奥尼粒子出现,并使质量保持最简单的状态。形式,开放或封闭的弦,即由引力约束的纯能量。

我们知道黑洞(实际上不是黑洞或奇异点,因为它们确实具有质量,半径,旋转,电荷以及因此密度随半径而变化)会蒸发,从而以辐射形式放弃其全部质量,从而证明它们实际上是能量。如果黑洞的质量低于稳定黑洞的最小质量(3个太阳质量),则会发生蒸发。在史瓦西半径公式,甚至会告诉你什么是黑洞的半径给出其质量,反之亦然。

因此,您可以根据需要将任何东西(例如铅笔)转换成黑洞,并且可以将其压缩到所需的大小以使其成为黑洞。只是它会立即将自身完全转换(蒸发)成硬辐射,因为铅笔小于稳定的黑洞质量(3个太阳质量)。

因此,欧洲核子研究组织(CERN)的实验永远不会创造出一个吞噬地球的黑洞-一个亚原子黑洞,即使是具有整个地球或太阳质量的黑洞,也会在吞入任何东西之前蒸发掉。我们的太阳系质量不足以形成一个稳定的(3个太阳质量)黑洞。

使中子星变大以使其能够变成黑洞的一种简单方法是使其成为双星系统的一部分,在该系统中,它离另一颗恒星足够近,以致中子星和其双星对彼此绕行,中子星从另一颗恒星吸出气体,从而获得质量。

催化变量二进制

这是一张漂亮的图纸,准确地显示了这一点。

落入黑洞的物质朝着光速加速。随着加速,物质分解为亚原子粒子和硬辐射,即X射线和伽马射线。黑洞本身是不可见的,但是可见到来自下落的物质的光加速并分解成颗粒。黑洞还会对背景恒星/星系产生引力透镜效应。


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我只列出这个答案的不准确性:(i)中子星必须比1.4Msun大。这是不正确的,而且有几个事实并非如此。Chandrasekhar的质量取决于组成-超新星核不是由碳制成的(1.4 Msun适用于此)。(ii)中子星的最大质量至少为2Msun(测得的最高质量)。我们不知道它高多少,但广义相对论将上限设为3Msun。(iii)没有人知道夸克星是否存在。(iv)中子星不仅由中子构成。(v)中子星中的中子已经退化。
罗布·杰弗里斯

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(vi)观察到黑洞的最小质量约为4-5Msun(Ozel等人,2012年)。(vii)黑洞的最小稳定质量绝对不是3Msun。(viii)GRB并非是由掉入黑洞的物质引起的(或为任何这样说的工作提供了参考)。(ix)黑洞蒸发可能与微小黑洞有关,而与恒星大小的黑洞完全无关。(x)关于铅笔瞬间消失的段落是胡说八道。
罗布·杰弗里斯

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可能我只提到两件事:首先,是的,也许他的回答包含一些包含例外的数字,但我不明白为什么这需要深入列出。其次,我必须提到,您支持字符串理论,就好像它是无可争议的一样,恐怕一点都不正确。粗略地讲,这是一个合理的理论,但是您确实必须提到这一点。
trevorKirkby 2014年

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@userLTK测量的最大中子星质量是2太阳质量。您在我的回答中解决了您评论的空白,对此至少有两类解释。中子星具有GR不稳定性,使它们在接近Schwarzschild半径之前就很容易坍塌。
罗布·杰弗里斯

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我不知道您为什么猜测夸克的可能成分。夸克(和轻子)在标准模型中是基本的,没有证据表明它们是复合粒子。即使在弦论中,夸克也不是弦构成的,它处于特定振动模式下的弦。
下午17年

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仅关注您的问题的一部分。为了形成黑洞,中子星可能会积聚物质,或者两个中子星可能会碰撞而形成黑洞,但这种事件一定很少见(尽管如下所示)

2M5M

Ozel等人的中子星和黑洞质量分布。 (2012)。

2.83M

1044J.它们可能会产生黑洞,或者产生更大的中子星。还将存在下一代重力波实验(现已成为现实)可以检测到的重力波信号(“ chi”)。这些黑洞可能是隔离的,因此不在上面的质量分布中表示。这些事件的进一步观察特征可以是许多重r过程元素(如铱和金)的当前水平形式,这些元素可能主要在这些事件中产生。

1.5M2M3M>101832M

MM

观察上的偏见是,二元系统中质量最低的黑洞的伴星可能总是溢出其罗氏裂片。由此产生的吸积特征会淹没伴生光谱,并阻止动态质量估计(例如Fryer 1999)。的钱德拉银河凸出调查 试图找到静止的,相对低的透视光度的例子,食紧凑二进制文件,与测量更偏黑洞质量分布。

2.41.1+2.1 M

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