¿Qué fuerzas evitan que una estrella se colapse sobre sí misma bajo la gravedad y forme un agujero negro?

¿Qué fuerzas evitan que una estrella se colapse sobre sí misma bajo la gravedad y forme un agujero negro?

Las reacciones de fusión termonuclear en el interior de la estrella, fusionando elementos más ligeros en una nucleosíntesis estelar más pesada y liberando grandes cantidades de energía, crean una presión externa que empuja contra las fuerzas gravitacionales “comprimiendo” la estrella, manteniendo el sistema en equilibrio hidrostático durante períodos muy largos de tiempo. hora.

Del artículo de Wikipedia Equilibrio hidrostático (sección Astrofísica ):

En cualquier capa dada de una estrella, existe un equilibrio hidrostático entre la presión térmica externa desde abajo y el peso del material que se presiona hacia adentro. El campo gravitacional isotrópico comprime la estrella en la forma más compacta posible. Una estrella giratoria en equilibrio hidrostático es un esferoide achatado hasta una cierta velocidad angular (crítica).

Uno de estos conjuntos de reacciones de fusión estelar, hay varias, se llama Protón-Protón cadena I. Las reacciones en cadena ” PP I ” proceden en tres pasos distintos:

Finalmente, la estrella se queda sin elementos fusibles (la gravedad siempre gana el “empuje de la guerra”) y el núcleo explota, arrojando las capas externas en una explosión cataclísmica, evento de implosión , liberando enormes cantidades de energía y materia en el espacio circundante. (proporcionando materias primas para futuras generaciones de estrellas y planetas). Del artículo de Wikipedia Colapso gravitacional:

El colapso gravitacional es la contracción de un objeto astronómico debido a la influencia de su propia gravedad, que tiende a atraer la materia hacia el centro de masa. El colapso gravitacional es un mecanismo fundamental para la formación de estructuras en el universo. Con el tiempo, una distribución inicial y relativamente suave de la materia colapsará para formar bolsas de mayor densidad, creando típicamente una jerarquía de estructuras condensadas, como cúmulos de galaxias, grupos estelares, estrellas y planetas.

Una estrella nace a través del colapso gravitacional gradual de una nube de materia interestelar. La compresión causada por el colapso aumenta la temperatura hasta que se produce la fusión termonuclear en el centro de la estrella, en cuyo punto el colapso se detiene gradualmente a medida que la presión térmica exterior equilibra las fuerzas gravitacionales. La estrella existe entonces en un estado de equilibrio dinámico. Una vez que todas sus fuentes de energía se agoten, una estrella volverá a colapsar hasta que alcance un nuevo estado de equilibrio.

Lo que queda de una estrella después de su colapso gravitacional depende principalmente de la masa original de la estrella. Del artículo de Wikipedia , sección Restos estelares:

En lo que se llama la muerte de la estrella (cuando una estrella ha quemado su suministro de combustible), sufrirá una contracción que solo se puede detener si alcanza un nuevo estado de equilibrio. Dependiendo de la masa durante su vida útil , estos restos estelares pueden tomar una de tres formas:

  • Enanas blancas, en las que la presión de degeneración de electrones se opone a la gravedad
  • Estrellas de neutrones, en las que la gravedad se opone a la presión de degeneración de neutrones y las interacciones repulsivas de neutrones-neutrones de corto alcance mediadas por la fuerza fuerte
  • Agujero negro, en el que no hay fuerza lo suficientemente fuerte como para resistir el colapso gravitacional

En astrofísica, “las estrellas queman combustible” es solo una forma de hablar : nada “arde” dentro de una estrella.

Las estrellas, como sabemos, están impulsadas por una reacción de fusión nuclear en su núcleo. Esta energía que se irradia hacia el exterior evita que la estrella se colapse al contrarrestar la tensión en la membrana externa de las estrellas. Como en un globo. El aire atrapado en el interior se opone a la tensión superficial en la membrana externa y el globo permanece inflado. Pero a medida que comienzas lentamente a dejar salir el aire, el globo se derrumba.
Del mismo modo, a medida que las estrellas envejecen, la velocidad de reacción de fusión nuclear en el centro disminuye. Y debido a eso, la membrana externa comienza a encogerse. Pero no todos los comienzos se convierten en agujeros negros. Solo las estrellas súper masivas experimentan la formación de agujeros negros después de su colapso.

Primero, ¿por qué los planetas no colapsan para formar un agujero negro? La respuesta a eso es que los átomos y las moléculas tienen tamaño, y en el nivel más simple esto está definido por los electrones en funciones de onda estacionarias a una distancia considerable de los núcleos. A medida que las moléculas se unen, las fuerzas de repulsión electrón-electrón son simplemente demasiado grandes y esto mantiene a las moléculas separadas.

En una estrella, además de la energía de la fusión, puedes imaginar el material como una protuberancia adormecida protones inmersos en un mar de electrones, y nuevamente, las fuerzas electromagnéticas mantienen cada parte de las otras, y la función de onda estacionaria evita que el electrón caiga en el núcleo. De hecho, en cierta medida el electrón tiene una probabilidad de hacerlo, y si esto sucede, el protón se convierte en un neutrón, el neutrón reacciona con un protón, y así sucesivamente hasta que se forma helio, junto con mucha energía.

Después de toda la fusión que puede tener lugar, la estrella puede colapsar en una estrella de neutrones. Ahora es la fuerza de unión internuclear que impide que los neutrones se acerquen más allá de cierta distancia. Sin embargo, eventualmente eso puede superarse, y una estrella suficientemente masiva aparentemente puede formar un agujero negro. No tenemos idea de lo que sucede en un agujero negro. Hay teorías, pero no hay observaciones.

Es diferente para diferentes tamaños de estrellas. Las estrellas regulares se sostienen debido al equilibrio entre la gravedad y las presiones internas generadas debido a la reacción de fusión.

Hacia el final de su vida, las estrellas más pequeñas colapsan en estrellas enanas blancas, donde son sostenidas por la presión de degeneración de electrones, el principio de exclusión de Pauli aplicado a los electrones.

Si eso no es suficiente, como en el caso de las estrellas más pesadas, se derrumba aún más. Las estrellas de neutrones son sostenidas por la presión de degeneración cuántica aplicada a los neutrones.

No estamos seguros de la dinámica involucrada con los agujeros negros, ya que la teoría actual dicta que tienen toda su masa ubicada en un solo punto. Hay otros objetos propuestos, como las estrellas de quark, que podrían sostenerse debido al principio de exclusión de Pauli aplicado a los quarks, pero aún no se ha encontrado ninguno.

Fusion mantiene la temperatura alta y la expansión térmica evita el colapso debido a la gravedad.

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