Formação de estrelas em torno de buracos negros em rotação?

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Por favor, desculpe uma pergunta amadora. Enquanto tentava pensar em qualquer coisa, menos no que estava acontecendo durante um procedimento odontológico, minha mente se voltou para o modelo de uma estrela perto de um buraco negro em rotação e os efeitos sobre a matéria desenhada.

Embora seja óbvio que tal matéria seria excitada a alta temperatura, a combinação de rotação e excitação seria suficiente para induzir uma reação de fusão sustentada?

Se sim, isso produziria energia suficiente para manter um "anel" de fusão no horizonte de eventos - essencialmente uma estrela de rosca?

Haveria reação suficiente para começar a produzir elementos mais leves?

Pura curiosidade gerada por uma tentativa de me distrair

FlipC
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Boa pergunta de qualquer maneira, mas ++ 1 para astronomia como uma distração no dentista!
Chappo Não Esqueceu Monica
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Quero dizer que sim, a fusão acontece no disco de acreção devido às velocidades orbitais muito altas e ao esmagamento da matéria que cai no que é comparativamente um objeto astrológico muito minúsculo, pelo menos em torno de um buraco negro de massa estelar. Qualquer energia de fusão liberada é consideravelmente menor do que a energia potencial de qualquer matéria em queda; portanto, mesmo que a fusão ocorra prontamente, isso apenas contribuirá para uma pequena porcentagem dos raios gama que escapam do disco. "Donut star", acho que devemos ficar com o disco de acréscimo, pois é mais violento que uma estrela. Como não tenho muita certeza, vou comentar.
userLTK

Respostas:

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A acumulação de material em (para) buracos negros (e estrelas de nêutrons) fornece ambientes muito quentes e (relativamente) densos. Nessas circunstâncias, é possível que ocorra fusão nuclear; a questão é se isso é significativo, tanto energeticamente quanto como meio de produzir novos elementos químicos (nucleossíntese).

A resposta para a primeira dessas perguntas é relativamente direta. Quando o material cai em direção ao buraco negro, seu momento angular o força a formar um disco de acreção. Os processos viscosos aquecem o disco e fornecem torques, fazem com que o material perca energia e momento angular e, eventualmente, permita que ele caia no buraco negro. Grande parte da energia potencial gravitacional (GPE) obtida à medida que o material cai em direção ao buraco negro acaba aquecendo o material.

=6GM/c2MmGMmc2/6GM=mc2/6

Compare isso com a fusão nuclear. A fusão de hidrogênio em hélio libera apenas 0,7% da massa restante como energia que pode aquecer o disco de acreção.

Portanto, do ponto de vista energético, as reações de fusão são desprezíveis, a menos que possam ocorrer muito mais longe no disco.

A questão sobre a produção de nucleossíntese é mais complexa. Quanto mais maciço for um buraco negro e maior a taxa de acréscimo, em geral, maior a temperatura e a densidade do disco e maior a taxa de fusão. Mas isso também depende dos detalhes dos processos de resfriamento possíveis e da quantidade de material que é introduzida no buraco negro. Hu & Peng (2008) apresentam alguns modelos de acréscimo em um buraco negro de 10 massas solares e sugerem que pode ser possível produzir certos isótopos raros por esse mecanismo. Os buracos negros de tamanho estelar provavelmente precisam de taxas de acréscimo substancialmente super-Eddington para atingir as temperaturas necessárias para sustentar a fusão nuclear (ou seja, taxas de acréscimo muito maiores do que as que são possíveis pelos fluxos de acréscimo esféricos opostos à pressão da radiação), de acordo comFrankel (2016) . Tais taxas são prováveis ​​apenas nos casos em que buracos negros perturbam um companheiro binário, e não através de um fluxo de acreção constante.

Rob Jeffries
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Tomei nota de que "um sexto da energia restante em massa do material poderia ser liberado como calor" .
precisa
@ JohnDuffield Talvez eu devesse ter dito "até 1/6", já que alguns podem obviamente ser introduzidos no buraco negro.
Rob Jeffries
talvez você devesse ter dito até 1/1!
precisa
@JonDuffield O mais eficiente que a energia de massa em repouso pode ser convertida em calor / radiação para um buraco negro não rotativo com um disco de acreção é na verdade cerca de 6%. Pode subir para um máximo de 42% para um buraco negro girando quase ao máximo.
Rob Jeffries
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O calor no disco de acreção ocorre devido ao atrito e o atrito ocorre apenas quando há movimento relativo. Portanto, nesse disco de acréscimo, muitas partículas estão se movendo uma em relação à outra com altas velocidades, de modo que a fusão não deve ocorrer, porque a partícula deve se unir. Mesmo na estrela (como o nosso Sol), a massa de estrela não é suficiente para produzir fusão, e precisa da ajuda do tunelamento quântico; portanto, não podemos dizer que haja pressão disponível dentro desse disco de acréscimo para superar a repulsão da força nuclear.

Gauti
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Pode ser mais útil falar sobre densidade e temperatura em vez de pressão. A temperatura determina quantas partículas têm energia suficiente para a fusão e a densidade afeta a taxa geral. É possível ter fusão a pressões muito mais baixas do que em núcleos estelares, por exemplo, em reatores de fusão sintéticos.
21718 Hannes