¿Cómo se convierten las estrellas de neutrones en agujeros negros?

Cuando una estrella gigante muere, puede encogerse en un agujero negro o colapsar en una densa estrella de neutrones . Pero hay otras posibilidades más extrañas. Aquí hay ejemplos de algunas de las estrellas descubiertas que hacen que los agujeros negros sean muy aburridos.

Antes de comenzar con estrellas extrañas, es posible que tengamos que mirar las estrellas que ya conocemos. Las estrellas regulares son objetos muy grandes de plasma luminoso, en su mayoría compuestos de hidrógeno y también contienen otros elementos en diferentes cantidades. El tamaño de las estrellas varía ligeramente, desde pequeños pigmeos rojos hasta grandes gigantes azules, hasta bolas amarillas de tamaño mediano como el sol, pero dentro de las estrellas se ven muy similares.

Cuando estas estrellas alcanzan el final de su vida, obtiene una de dos cosas: las estrellas media y pequeña entran en una breve fase de expansión, luego se convierten en una enana blanca, la corteza pálida de la estrella original puede permanecer por innumerables veces. Pero si la estrella es enormemente grande, explotará en una supernova más grande, luego colapsará sobre sí misma en una estrella de neutrones, que más tarde puede convertirse en un agujero negro.

Nuestro amigo (estrella de neutrones)

Para entender las estrellas de las que hablaremos ahora, primero debemos saber un poco sobre la estrella de neutrones. El nombre de estas estrellas les conviene más de lo que la gente piensa, la mayoría de estas estrellas consisten en neutrones, aunque algunas otras partículas también están presentes.

El modelo actual sugiere una capa externa de átomos ordinarios rodeados de electrones libres. Cuando profundizamos en la estrella, encontramos núcleos que contienen protones y neutrones, que generalmente contienen neutrones mucho más que protones. Y cuando profundizamos, encontramos una mezcla de neutrones libres, núcleos, electrones libres y en el centro de la estrella … Bueno, realmente todavía no conocemos esta parte.

Lo esencial es que la estrella de neutrones se forma cuando la fuerza de gravedad es lo suficientemente fuerte como para llenar un artículo con un material de estrella en una bola a solo veinte millas (32 km). En esta enorme densidad, el material comienza a desarrollar una nueva disolución, y este es el material de neutrones que vemos en la estrella de neutrones. Cuando la densidad es tan intensa que el material de neutrones no la soporta, la estrella se colapsa por completo para formar una singularidad de un agujero negro.

Esto fue bastante simple. Pero, ¿qué pasaría si hubiera otros tipos de estrellas o estrellas compactas que pudieran formarse en un período entre la estrella de neutrones y el agujero negro? En cualquier caso, hasta que una estrella compacta se convierta en un agujero negro, su masa debe ser 10 veces la masa del sol (o 10 masas solares), pero la estrella de neutrones es la certeza de cualquier estrella fusionada de entre 1,5 y 3 masas solares. . Ahora, ¿qué pasa con todos los restos estelares que se encuentran entre 3 y 10 masas solares? Aquí comienzan a aparecer cosas extrañas.

Comencemos la extrañeza: Quark Stars

La razón por la cual las estrellas de neutrones pueden resistir fuerzas gravitacionales masivas debido a la densidad masiva es un factor cuántico conocido como presión de degeneración. En pocas palabras, en este caso el material alcanza una densidad tan grande que lo único que mantiene separadas las moléculas del elemento es que las leyes de la mecánica cuántica evitan que las moléculas ocupen el mismo estado cuántico.

Debido a que los neutrones son mucho más pequeños que los átomos, pueden quedar atrapados en un espacio muy estrecho en la estrella de neutrones. Por el contrario, es imposible hacer esto incluso con la mayoría de las matrices.

Pero, ¿qué pasaría si la estrella de neutrones llegara a un punto donde era imposible apretar más? Aquí los neutrones pueden comenzar a desintegrar sus partes constituyentes, conocidas como Quarks, esto es solo una teoría. Los neutrones originalmente consisten en tres quarks; uno está arriba y dos están abajo.

Algunos de estos quarks inferiores pueden luego convertirse en quarks más pesados, y la producción final de la mezcla de quark se conoce como la materia extraña, que toma su nombre de estas partículas.

Entonces, si esta estrella virtual solo tiene quarks superiores e inferiores, es una ” Estrella Quark “. Si los quarks extraños se mezclan con él, es una ” Estrella extraña “. Pero, ¿alguna de estas estrellas existe realmente? El problema desde un punto de vista hipotético es que no conocemos las ecuaciones que rigen el método de descomposición de neutrones y descomposición de quarks, por lo que no podemos saber la verdad con certeza.

Hasta ahora, sabemos que hay dos estrellas con estrellas de neutrones que se parecen mucho a las estrellas del quark, la estrella de neutrones más cercana a la Tierra RX J1856.5-3754 , que está a unos 150 años luz de distancia. Tiene solo 7 millas (11 km) de largo y es muy pequeño en comparación con el modelo. El estándar de formación de estrellas de neutrones es demasiado pequeño para ser interpretado como una estrella de neutrones.

Y la otra estrella de neutrones 3C58 , que tiene una velocidad de enfriamiento muy alta, y también esta tasa está fuera del rango de temperaturas que se supone que la estrella de neutrones puede permitirse.

Estas dos estrellas se colocaron como candidatos principales para ser estrellas de quark, aunque la mayoría de los científicos no están dispuestos a aceptar la presencia de tales objetos debido a la aparente irregularidad de estas dos estrellas solamente. Volvemos al problema nuevamente y una de las razones es la falta de conocimiento; Todavía no conocemos los límites que determinan cuál será la estrella de neutrones, por lo que no sabemos de manera definitiva si estas estrellas no son de neutrones. Según la información actual, es muy lógico permitir algunas estrellas de neutrones extremas en lugar de inventar un tipo completamente nuevo para acomodar estos extremos.

Sin embargo, hay pocos signos que den la posibilidad de tener estrellas de quark. Si Neutron Star realmente colapsa en Quark Star , tal evento no pasará desapercibido, de hecho, probablemente traerá las explosiones más intensas en el universo, y una explosión como esta podría producir aproximadamente (10 poderes de 47) rondas de energía. De hecho, hay algunas ideas de que la mayor radiación gamma observada se debió a estas transformaciones estelares.

El colapso de una estrella de neutrones a una estrella Quark se conoce como Quark-Nova . Hay una serie de explosiones de supernovas recientes que probablemente sean erupciones volcánicas. Por ejemplo, en el SN 2006gy , una estrella solar de 150 estalló a 238 años luz de distancia y produjo aproximadamente (10 poderes de 45) julios de energía. Es posible que esta explosión no haya sido por la estrella en sí, sino por la estrella de neutrones resultante que estaba en la fase de transformación repentina en una estrella Quark .

También está la supernova SN1987A , que era inusualmente brillante, y no dejó ninguna estrella de neutrones, aunque todos los modelos actuales sugieren que debería tener una. Una de las posibilidades teóricas es que el centro estelar colapsó en una Estrella Quark , pero esta es solo una teoría. Estos también son ejemplos de las supernovas SN2005gj y SN2005ap , que eran tan brillantes que los astrónomos sugirieron que en realidad podrían ser Quarks .

Finalmente, los agujeros negros alcanzaron un punto de inflexión en su evidencia de apoyo y fueron fácilmente aceptados, así como las estrellas podrían ser los Quark algún día. También hay una parte de la adición práctica a la aceptación de tales objetos, a saber, que la presencia de estrellas de asteroides puede explicar parte de la materia oscura que falta.

Profundicemos más: las estrellas Brion

También podemos llevar la idea de descomposición un paso más allá y preguntarnos qué sucede con el material cuando es tan grueso que las partículas no pueden permanecer separadas entre sí. Hay dos posibilidades para esto. La primera y más aceptable es que la gravedad se traga todo y rompe las partículas en una densidad infinita, que es un agujero negro.

Pero hay otra idea más inusual. Los neutrones son partículas compuestas compuestas de quarks … ¿Qué pasaría si los quarks fueran originalmente partículas compuestas compuestas de otras partículas elementales? Si esto es cierto, entonces se puede producir una estrella suficientemente densa de una Estrella Quark a una Estrella Prión , que consiste en priones sub-sub-subatómicos.

Se sugiere que los priones son objetos puntiagudos que son el componente básico de todos los demás objetos, y las diferentes estructuras de los priones le darán cualquier tipo de partículas y le explicarán todos los valores y propiedades de los objetos grandes. Esta es una teoría elegante, pero se opone directamente a la forma estándar de física, que a su vez ha hecho un excelente trabajo al explicar la naturaleza del universo, pero dejando algunos espacios en blanco para descubrir más adelante.

Y ahora con algo muy diferente: las estrellas bozonianas

Hasta este punto, todas las estrellas que hemos discutido están formadas por primiones, al menos en su infancia, la familia de partículas a las que pertenecen los electrones, protones, neutrones y quarks. Pero, ¿qué pasaría si el otro grupo de partículas, los bosones, pudieran ser estrellas? La mayoría de los bosones conocidos llevan las fuerzas del universo, como la fuerza electromagnética que lleva los fotones, o la fuerza poderosa que lleva los gluones.

Sin embargo, es muy convincente tener un tipo de bosón que pueda formar su propia sustancia. Para que el bosón pueda ser estable y tener una masa pequeña, ninguno de los bosones actuales es compatible con esta regla, pero están entre las posibilidades teóricas. Si existe este tipo de bosón, será suficiente para ser una Estrella Bozoniana .

Si hay alguna Estrella Bozoniana en algún lugar, el lugar más probable para esconderse es el centro de las galaxias. En particular, podemos encontrar estrellas bozonianas en galaxias que tienen núcleos galácticos activos, que son centros húngaros mucho más luminosos de lo que se puede esperar, y pueden contener estrellas bozonianas en su centro.

¿Qué queda ahora?

Poco queda de hecho. Buscamos algunos destinos potenciales para estrellas gigantes que no implicaran convertirlos en agujeros negros , pero todas estas posibilidades suponen al menos que existen agujeros negros. Hay algo de ciencia cósmica que se opone a la presencia de agujeros negros y dice que hay otros cuerpos más extraños que esperan ser reemplazados. Gravastars , fuzzballs y objetos magnetosféricos que se derrumban eternamente .)

Finalmente, si tengo la oportunidad de vivir otra vida, elegiré ser una estrella.

Mira cómo mueren las estrellas ❤️

Y aquí nacieron ❤️

Notas:

( Supernova ) es un tipo de estrella explosiva y una expresión de varias explosiones de estrellas masivas en las que la estrella extruye su espacio al final de su vida, lo que lleva a una nube esférica alrededor de la estrella (demasiado brillante) del plasma. La energía de la explosión estalla en el espacio y se convierte en objetos invisibles en cuestión de semanas o meses. El centro de la estrella se derrumba hacia el centro, ya sea una enana blanca o se convierte en una estrella de neutrones, dependiendo de la masa de la estrella. Una masa solar puede convertirse en un agujero negro sin explotar en una supernova más grande.

Presión de degeneración : cuando los framiones, como los protones, los electrones o los neutrones, se vuelven muy densos bajo la influencia de la gravedad, por ejemplo, en una estrella, lo que resulta en presión gravitacional, esta presión del material muy denso se llama “presión de descomposición”. La razón de la aparición de esta presión radica en el principio de la exclusión de Pauli, que impide que la Fermionina ocupe el mismo lugar y el mismo estado cuántico.

Quark es una partícula elemental y uno de los componentes principales de la materia en la teoría del modelo estándar de física de partículas (el otro componente de esta teoría es el Lipton) tiene una masa pero dimensiones cero, que se observan cuando se produce una colisión entre el protón. y electron. Los quarks tienen seis tipos y se denominan: superior, inferior, encanto, extraño, superior e inferior.

Nuclus galáctico activo : una región en el centro de las galaxias que tiene una luminosidad extraordinaria en el espectro electromagnético que se extiende desde las ondas de radio a través de infrarrojos, luz visible y rayos ultravioleta hasta rayos X y rayos gamma. Una galaxia que contiene dicho núcleo se llama galaxia activa.

ناسا بالعربي

Sí, una estrella de neutrones puede convertirse en un agujero negro, si su masa aumenta a más de tres veces la masa del Sol.

Así de grande puede ser una estrella de neutrones antes de colapsar en un agujero negro

Las estrellas de neutrones se forman cuando las estrellas masivas terminan sus vidas en supernovas y sus núcleos colapsan, con los protones y electrones fusionándose, para formar neutrones. Cuando una estrella ha agotado todo su combustible de hidrógeno, se expande para convertirse en un gigante rojo, creciendo en tamaño hasta millones de kilómetros de diámetro. Una estrella como el Sol expulsará las capas exteriores de gas durante un período y se quedará con un núcleo de carbono, para convertirse en una enana blanca muy densa y caliente.

Enanas blancas

Las estrellas de más de ocho veces la masa del Sol terminan sus vidas muy repentinamente. Cuando se quedan sin combustible, incapaces de producir más energía, también se hinchan en supergigantes rojas y, si el núcleo de la estrella moribunda es al menos 1,40 veces la masa del Sol, conocido como el límite de Chandrasekhar (llamado así por el El famoso astrofísico y premio Nobel Dr. S. Handrasekhar (1910–1995) explota en una gran explosión de “supernova”, después de lo cual todo lo que queda es el núcleo denso, una estrella de neutrones rodeada por una nube de gas caliente en expansión. La estrella suele tener entre 10 y 20 km de diámetro y contiene entre 1,40 y 3 masas solares, es como un núcleo atómico colosal que contiene solo neutrones.

¿Qué es una supernova?

Las 3 masas solares son el límite del tamaño de una estrella de neutrones. Si aumenta la masa de la estrella de neutrones, los neutrones se degeneran y se dividen en quarks, para formar una ‘estrella de quark’. Cualquier aumento adicional en la masa, la gravedad es tan fuerte que la estrella se derrumba sobre sí misma y literalmente desaparece. Un agujero negro (cuando las estrellas de neutrones se forman en regiones estelares densas, pueden acumular materia de los alrededores. Así es como las estrellas de neutrones pueden aumentar sus masas) .

¿Qué son las estrellas Quark?

Lectura adicional: agujeros negros – antecedentes de la ciencia

Las estrellas de neutrones pueden considerarse como una colección de sincrotrones gigantes: aceleradores de partículas circulares que irradian luz. En el caso de un tipo de estrella de neutrones llamada púlsar, los electrones y protones dentro de la estrella circulan asimétricamente y envían pulsos de luz al espacio. Al menos, esta es la historia que nos contamos sobre la luz pulsada que Jocelyn Bell descubrió emergiendo del espacio exterior.

El proceso de una estrella de neutrones que se convierte en un agujero negro implicaría que la velocidad con la que las partículas cargadas circulan alrededor de la estrella aumenta hasta que las partículas se mueven a la velocidad de la luz. Para que esto suceda, el tamaño de la estrella debe reducirse porque si desea aumentar la velocidad de las partículas sin agregar energía al sistema, la conservación del momento angular dicta que el radio debe disminuir.

Pero, ¿cómo se combina esta imagen con las descripciones de la gravedad y la inercia como resultado de una oscilación colectiva y coherente o (equivalentemente) una expansión acelerada del espacio? Si todos los protones y electrones se mueven radialmente hacia adentro y hacia afuera en un movimiento de respiración, irradiando ondas de luz que se suman para crear el campo gravitacional alrededor de la estrella, entonces un aumento en el campo gravitacional correspondería a una oscilación radial más rápida. Una gravedad más fuerte también provocaría una rotación más rápida y un radio más pequeño. Un movimiento hacia un radio más pequeño da una patada hacia adentro a la oscilación radial que aumentaría la energía de la oscilación y, por lo tanto, aumentaría la fuerza del campo gravitacional, y así sucesivamente hasta que todo se derrumbe sobre sí mismo y finalmente se evapore en la nada. Es una buena historia y también se puede contar en términos de presión de degeneración de electrones y la paradoja de Ehrenfest.

Después de escribir esta descripción, me pregunto si no es un eco en lenguaje sencillo de la idea de que la radiación de Hawking tiene un efecto de reacción inversa que aumenta la densidad de energía en el horizonte de eventos y hace que los agujeros negros se evaporen antes de que tengan la oportunidad de formarse. https://arxiv.org/pdf/1406.1525v … Con esta perspectiva, cuando aparece una burbuja gigante roja, terminas con una gota de líquido que se agita (una estrella de neutrones) o nada. No terminas con una singularidad que persiste por una eternidad. Solo comida para pensar.

Observatorio de las escuelas nacionales

Ellos no!

a menos que la estrella de neutrones obtenga algo de masa de objetos extra celestes por supernova por la estrella cercana y gane suficiente masa.

¡Una vez que la estrella de neutrones obtiene suficiente masa, la estrella colapsa en un agujero negro!

Ciclo de vida de la estrella

¡Mira este video para una comprensión detallada!

Hay dos formas en que una estrella de neutrones puede convertirse en un agujero negro, pero en ambos casos la masa de la estrella de neutrones debe estar muy cerca de lo que se necesita para convertirse en un agujero negro.

La primera forma es que la estrella de neutrones acumule más materia. Esto podría provenir de otra estrella en una órbita cercana o de fragmentos aleatorios de materia con los que se encuentra durante un largo período de tiempo.

La segunda forma funciona para una estrella de neutrones que ya tiene suficiente masa para formar un agujero negro pero no debido a una rotación muy rápida. La rotación rápida reduce los efectos del campo gravitacional que de otro modo causarían una implosión imparable. Sin embargo, las estrellas de neutrones pierden energía rotacional con el tiempo y, a medida que disminuye la velocidad de rotación, aumenta la posibilidad de formar un agujero negro.

Si bien la degeneración de electrones puede evitar el colapso de una gran estrella (masa) bajo su propia gravedad, las estrellas de más de 1,44 de masa solar (límite de Chandrasekhar) aún pueden superar la presión y el colapso de la degeneración electrónica. El colapso forma estrellas de neutrones (que se mantiene por la presión de degeneración de neutrones). Pero esto también tiene un límite, el límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV)

Normalmente no. Una estrella de neutrones, por definición, no es lo suficientemente pesada como para colapsar en un agujero negro. La única forma en que luego puede llegar a ser lo suficientemente pesada, es algo más que le agregue (generalmente mucha) masa.

Esto sucede Una observación reciente de LIGO fue la etapa final de dos estrellas de neutrones que orbitan entre sí. Durante miles de millones de años habían estado derramando energía por la radiación gravitacional, y cada vez más cerca. Finalmente se fusionaron, y la masa combinada colapsó casi de inmediato.

Más comúnmente, una estrella de neutrones puede estar orbitando cerca de una estrella ordinaria. A medida que esa estrella envejezca, se hará más grande y la estrella de neutrones acumulará masa de la atmósfera de la otra estrella. Nuevamente, esto puede agregar suficiente masa para provocar un colapso.

Presumiblemente, existen estrellas de neutrones aisladas solo ligeramente por debajo del umbral de masa para colapsar, que podrían ser empujadas al límite por miles de millones de años de acumulación de gas y polvo interestelar. Serán raros y probablemente no observables. Tal colapso no creará mucha luz ni ondas de gravedad.

Sí, es el precursor de la formación de agujeros negros. Para estrellas muy grandes, es la formación de la estrella de neutrones en su núcleo lo que hace que se conviertan en supernova. Luego, el material vuelve a llover sobre la estrella de neutrones hasta que se derrumba en un agujero negro.

Por supuesto, si no hay suficiente material para que llueva, permanece como una estrella de neutrones, como muchos lo hacen.

También es posible que una estrella de neutrones en un sistema binario gane masa de su compañero y eso también puede colapsar a un agujero de falta.

Sí, el escenario más probable es cuando dos estrellas de neutrones se fusionan.

Cualquier otra situación en la que la masa de la estrella de neutrones se incremente hasta un punto en que la degeneración de neutrones no pueda soportar la gravedad también provocará su colapso en una singularidad.

Una estrella de neutrones choca con otra estrella masiva con la masa mínima ideal o una estrella de neutrones acumula o sifona material, por lo tanto, masa, de una estrella compañera que aumenta su masa exponencialmente haciendo que explote e implosione destruyendo lo que queda de la estrella compañera como bien.

Se forma una estrella de neutrones durante una supernova, una explosión de una estrella que tiene al menos 8 masas solares.

Si se vuelve más masivo que eso, colapsará en una estrella de quark y luego en un agujero negro .

Las estrellas de neutrones no pueden convertirse directamente en un agujero negro debido a la presión de degeneración de neutrones que evita un mayor colapso del núcleo

Sí puede. Ocurre cuando una estrella de neutrones colisiona con otro objeto (estrella de neutrones / enana blanca).

Puede agregarle masa, pero si se deja solo, seguirá siendo una estrella de neutrones.

La cosa es que una estrella de neutrones * se convirtió en * una estrella de neutrones en lugar de un agujero negro, porque no era lo suficientemente masiva como para aplastarse tan lejos, pero si absorbe suficiente materia adicional de una estrella cercana, unos pocos planetas, una nebulosa, choca con otra estrella de neutrones [o lo que sea que esté alrededor, siempre que agregue peso], entonces puede volverse lo suficientemente masiva como para que su propia gravedad la aplasta aún más.

Lo siento, no sé cuánto material tomaría alcanzar ese umbral.

La respuesta simple es que la estrella de neutrones acumula suficiente masa para que el radio de Schwarzfield exceda su volumen. Todo esto se ve envuelto en un horizonte de eventos y la materia interna ya no puede ser mantenida por el espacio-tiempo tradicional. Y por lo tanto colapsa en una singularidad.

En teoría, sí, una estrella de neutrones podría acumular suficiente material con el tiempo como para superar la presión de degeneración de neutrones y luego sufriría un mayor colapso en un agujero negro.

Si aceptamos la existencia de estrellas de quark, que estarían hechas de quarks degenerados, entonces parece probable que la estrella de neutrones se someterá primero a esta transición a una estrella de quark, y luego a un agujero negro si se le agrega suficiente masa.

No, las estrellas de neutrones son completamente diferentes de los agujeros negros. Cuando una estrella, no lo suficientemente grande, muere, la masa de la estrella se colapsa y se comprime en un punto pequeño. Ahora, si esa masa no es tanto, la compresión solo continuará hasta cierto punto. Se convertirá en una esfera de, digamos, 20 millas de largo. Pero una cucharada de materia de la estrella de neutrones tendrá el mismo peso que el Himalaya.

Pero si la masa de la estrella es demasiado, entonces el colapso no se detiene hasta que se convierte en un pequeño punto denso cuyo volumen es insignificante pero la densidad es casi infinita. Es por eso que están teniendo tanta gravedad.

Una estrella de neutrones no es tan fuerte como un agujero negro, pero se detecta fácilmente.

Gracias por leer.

Teóricamente pueden a través del proceso de acreción, pero generalmente no lo hacen.