Formation d'étoiles autour de trous noirs en rotation?

Veuillez excuser une question amateur. Tout en essayant de penser à autre chose qu'à ce qui se passait pendant une intervention dentaire, mon esprit s'est tourné vers un modèle d'étoile près d'un trou noir en rotation et les effets sur la matière dessinée.

Bien qu'il soit évident qu'une telle matière serait excitée à haute température, la combinaison de rotation et d'excitation pourrait-elle être suffisante pour induire une réaction de fusion soutenue?

Dans l'affirmative, cela produirait-il suffisamment d'énergie pour maintenir un «anneau» de fusion à l'horizon des événements - essentiellement une étoile à beignets?

Y aurait-il suffisamment de réaction pour commencer à produire des éléments plus légers?

Une pure curiosité générée par une tentative de me distraire

black-hole star-formation

— FlipC
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Bonne question quand même, mais ++ 1 pour l'astronomie comme distraction chez le dentiste!

— Chappo n'a pas oublié Monica le

Je veux dire oui, la fusion se produit dans le disque d'accrétion en raison des vitesses orbitales très élevées et de l'écrasement de la matière tombant dans ce qui est comparativement un très petit objet astrologique, au moins autour d'un trou noir de masse stellaire. Toute énergie de fusion libérée est considérablement inférieure à l'énergie potentielle de toute matière en chute, donc même si la fusion se produit facilement, elle ne contribuerait qu'à un faible pourcentage des rayons gamma qui s'échappent du disque. "Donut star", je pense que nous devrions nous en tenir au disque d'accrétion, car c'est plus violent qu'une étoile. Comme je ne suis pas vraiment sûr, je vais juste commenter.

— userLTK

Réponses:

L'accumulation de matière dans (dans) les trous noirs (et les étoiles à neutrons) fournit des environnements à la fois très chauds et (relativement) denses. Dans ces circonstances, il est possible qu'une fusion nucléaire se produise, la question est de savoir si elle est importante, à la fois énergétiquement ou comme moyen de produire de nouveaux éléments chimiques (nucléosynthèse).

La réponse à la première de ces questions est relativement simple. Lorsque le matériau tombe vers le trou noir, son élan angulaire l'oblige à former un disque d'accrétion. Les processus visqueux chauffent le disque et fournissent des couples, provoquent une perte d'énergie et de moment angulaire du matériau et éventuellement lui permettent de tomber dans le trou noir. Une grande partie de l'énergie potentielle gravitationnelle (GPE) gagnée lorsque le matériau tombe vers le trou noir finit par chauffer le matériau.

L'orbite circulaire la plus interne stable d'un trou noir est à 3 rayons de Schwarzschild , où est la masse du trou noir. Le GPE libéré pour le matériau de masse tombant dans ce rayon est . c'est-à-dire qu'un sixième de l'énergie massique restante du matériau pourrait être libéré sous forme de chaleur. $=6GM/c^2$ $M$ $m$ $\sim GMmc^2/6GM = mc^2/6$

Comparez cela avec la fusion nucléaire. La fusion de l'hydrogène en hélium ne libère que 0,7% de la masse restante sous forme d'énergie pouvant chauffer le disque d'accrétion.

Donc, du point de vue énergétique, les réactions de fusion sont négligeables, sauf si elles peuvent se produire beaucoup plus loin dans le disque

La question des rendements de nucléosynthèse est plus complexe. Plus un trou noir est massif et plus le taux d'accrétion est élevé, plus généralement la température et la densité du disque sont élevées et plus le taux de fusion est élevé. Mais cela dépend aussi des détails des processus de refroidissement qui sont possibles et de la quantité de matériau qui est advectée dans le trou noir. Hu & Peng (2008) présentent quelques modèles d'accrétion sur un trou noir de 10 masses solaires et suggèrent qu'il pourrait être possible de produire certains isotopes rares par ce mécanisme. Les trous noirs de taille stellaire ont probablement besoin de taux d'accrétion très sensiblement super-Eddington pour atteindre les températures nécessaires pour soutenir la fusion nucléaire (c.-à-d. Des taux d'accrétion beaucoup plus élevés que ceux qui sont possibles par des flux d'accrétion sphériques opposés à la pression de rayonnement), selonFrankel (2016) . De tels taux ne sont probables que dans les cas où les trous noirs perturbent un compagnon binaire, plutôt que par un flux d'accrétion régulier.

— Rob Jeffries
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J'ai noté que "un sixième au maximum de l'énergie de masse restante du matériau pourrait être libéré sous forme de chaleur" .

— John Duffield

@JohnDuffield J'aurais peut-être dû dire "jusqu'à 1/6", car certains peuvent évidemment être advectés dans le trou noir.

— Rob Jeffries

vous auriez peut-être dû dire jusqu'à 1/1!

— John Duffield

@JonDuffield Le plus efficacement que l'énergie de masse au repos puisse être convertie en chaleur / rayonnement pour un trou noir non rotatif avec un disque d'accrétion est en fait d'environ 6%. Il peut monter jusqu'à un maximum de 42% pour un trou noir qui tourne à peu près.

— Rob Jeffries

La chaleur dans le disque d'accrétion se produit en raison de la friction et la friction ne se produit que lorsqu'il y a un mouvement relatif. Donc, dans ce disque d'accrétion, beaucoup de particules se déplacent les unes par rapport aux autres à des vitesses élevées, donc la fusion ne devrait pas se produire, car pour cette particule devrait se réunir. Même dans l'étoile (comme notre soleil), la masse de l'étoile ne suffit pas pour produire la fusion, et elle a besoin de l'aide de l'effet tunnel quantique, donc nous ne pouvons pas dire que la pression est disponible dans ce disque d'accrétion afin de surmonter la répulsion de la force nucléaire.

— Gauti
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Il peut être plus utile de parler de densité et de température plutôt que de pression. La température détermine combien de particules ont suffisamment d'énergie pour la fusion et la densité affecte le taux global. Il est possible d'avoir une fusion à des pressions bien inférieures à celles des noyaux stellaires, par exemple dans les réacteurs de fusion artificiels.

— Hannes