Frage:
Ein Mikro-Schwarzes Loch in die Sonne werfen: Fällt es in ein Schwarzes Loch oder führt es zu einer Supernova?
lurscher
2015-06-19 22:44:32 UTC
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Was wissen wir über die Akkretionsraten von Mikro-Schwarzen Löchern? Angenommen, ein relativ kleines Schwarzes Loch (Masse etwa 10 ^ 9 $ Kilogramm) würde in die Sonne geworfen. Irgendwann wird dieses Schwarze Loch alle Materie in den Stern schlucken, aber wie viel Zeit wird vergehen, bis dies geschieht?

Gibt es Umstände, unter denen das Schwarze Loch einen Gravitationskollaps im Kern auslösen und zu einer Supernova führen würde?

Es scheint einen gewissen Spielraum für die Akkretionserwärmung zu geben, um oder zu kontern Überschreiten Sie die Erwärmung durch Fusion, sodass der Stern die Temperaturschwelle für die Kohlenstoff-12-Fusion und darüber überschreiten kann. Das Schwarze Loch wandelt fast 80% - 90% der Restmasse der Akkretionsmasse in Wärme um, während die Fusion kaum etwa 0,5% - 1% erreicht.

Bonusfrage: stark> Könnte dies verwendet werden, um eine Bindung an primordiale Mikro-Schwarze Löcher zu schätzen, wobei der Anteil der Sterne mit geringer Masse in die Supernova geht?

Siehe auch: http://worldbuilding.stackexchange.com/q/6426/.
dat Gefühl, wenn Antworten auf einer Scifi SE eine bessere Physik haben als auf der Physik SE;)
Worldbuilding.Nicht Sci-Fi.Wir werden darüber empfindlich.:-)
[Supernovae] (https://en.wikipedia.org/?title=Supernova) treten aufgrund zweier Prozesse auf: Kernkollaps oder thermonukleares Auslaufen;beide erfordern einen massereicheren Stern als unsere Sonne (selbst wenn nur 1 e9 kg hinzugefügt werden)
Ich denke, seine Frage war eher so, wenn ein Schwarzes Loch das Innere eines Sterns frisst, könnte der Stern in den Raum fallen, den das Schwarze Loch verbraucht.Eine Art kleineres Kernkollaps-Szenario.Ich bin mir ziemlich sicher, dass die Antwort Nein lautet, da ein kleines Schwarzes Loch und seine Akkretionsscheibe das Innere des Sterns erwärmen würden.Es wäre ganz anders als ein Kernkollaps, es würde wahrscheinlich den Stern erweitern.Und du brauchst ein größeres Schwarzes Loch als 1e9 KG.Eine, die nicht in einem Haufen Hawking-Strahlung verdunsten würde.
Für die Bonusfrage [dieses Papier wäre relevant] (http://arxiv.org/abs/1505.04444).Ich habe dies auch nur in einem Kommentar zu Robs Antwort verwendet, aber danach habe ich den Teil der Bonusfrage gesehen.Scheint vorerst an beiden Orten angemessen.
Wie schwer hast du es geworfen?Wenn es schwer genug ist, segelt es durch die Sonne und auf die andere Seite, um nie wieder etwas zu hören ...
Wie @EricTowers anspielt, gibt es in der Sonne nichts Festes, das das Schwarze Loch "treffen" und stoppen könnte, und eine sehr geringe Dichte von Gas und Plasma, um es zu verlangsamen.Es würde einfach weitergehen.Wenn Sie Glück haben, können Sie das Schwarze Loch (1e9 kg) dazu bringen, die Sonne (2e30 kg), die Erde (6e24 kg) oder den Mond (7e22 kg) zu umkreisen.
Vier antworten:
Rob Jeffries
2015-06-20 00:47:02 UTC
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Das Mikro-Schwarze Loch könnte aufgrund des starken Strahlungsdrucks überhaupt nicht sehr schnell wachsen.

Die intensive Hawking-Strahlung hätte eine Leuchtkraft von 3,6 $ mal 10 ^ {14} $ W und ein ungefähr isotroper Fluss am Ereignishorizont von $ \ sim 10 ^ {48} $ W m $ ^ {- 2} $.

Die Eddington-Grenze für ein solches Objekt ist nur $ 6 \ mal 10 ^ {9} $ W. Mit anderen Worten, bei dieser Leuchtkraft (oder höher) bleibt die Akkretion stehen, wenn Materie durch Strahlungsdruck weggetrieben wird. Es gibt keine Möglichkeit, dass Materie von der Sonne in die Nähe des Ereignishorizonts gelangt. Wenn das Schwarze Loch nahe am maximal möglichen Wert rotieren würde, würde die Hawking-Strahlung unterdrückt und eine Akkretion mit der Eddington-Rate wäre zulässig. Dies würde dann aber das Schwarze Loch unter seine maximale Spinrate fallen lassen, was zu einer schnell wieder steigenden Hawking-Strahlung führen würde.

Wenn das Schwarze Loch verdunstet, nimmt die Leuchtkraft zu , was das Akkretionsproblem erhöht könnte nur schwerer werden. Das Schwarze Loch wird in etwa 2000 Jahren vollständig verdunsten. Seine letzten Sekunden würden die in der Sonne erzeugte Energiemenge geringfügig erhöhen, aber unter der Annahme, dass die Gammastrahlen mit ultrahoher Energie thermisch werden, wäre dies nicht nachweisbar.

BEARBEITEN: Die Eddington-Grenze ist möglicherweise nicht die geeignete Zahl, da wir glauben, dass der äußere Gasdruck in der Sonne möglicherweise Material in das Schwarze Loch drücken kann. Die übliche Eddington-Grenze wird unter der Annahme berechnet, dass der Gasdruck im Vergleich zum Strahlungsdruck klein ist. Und tatsächlich ist das hier wahrscheinlich der Fall. Der Gasdruck in der Sonne beträgt $ 2,6 \ mal 10 ^ {16} $ Pa. Der nach außen gerichtete Strahlungsdruck in der Nähe des Ereignishorizonts würde $ \ sim 10 ^ {40} $ Pa betragen. Das Problem ist, dass die Längenskalen hier so klein sind dass es mir unklar ist, dass diese klassischen Argumente überhaupt funktionieren werden. Selbst wenn wir uns für ein makroskopischeres 1 Mikron vom Schwarzen Loch entscheiden würden, übersteigt der Strahlungsdruck den externen Gasdruck immer noch erheblich.

Kurze Antwort: Wir würden es nicht einmal bemerken - nichts würde passieren

Bonusfrage: Die Antwort darauf ist, dass sie keinen Einfluss auf die Supernova-Rate hat, da der Mechanismus keine Supernovae verursachen würde. Selbst wenn das Schwarze Loch massiver wäre und wachsen könnte, wäre die Wachstumsrate langsam und es würde keine explosive Nukleosynthese stattfinden, da das Gas nicht dicht genug wäre, um entartet zu sein.

Bei einem entarteten weißen Zwerg ändern sich die Dinge , wo die erhöhten Temperaturen um ein akkretierendes Mini-Schwarzes Loch eine außer Kontrolle geratene thermonukleare Fusion von Kohlenstoff auslösen könnten, da der Druck in einem entarteten Gas weitgehend unabhängig von der Temperatur ist. Diese Möglichkeit wurde von Graham et al. (2015) (danke Timmy) untersucht, die tatsächlich zu dem Schluss kommen, dass Supernova-Raten vom Typ Ia die Dichte von Mikro-Schwarzen Löchern im Bereich von $ 10 ^ {16} $ bis einschränken könnten $ 10 ^ {21} $ kg.

das hängt stark davon ab, dass das Mikro-Schwarze Loch Schwarzschild ist.Wenn sich das Mikro-Schwarze Loch nahe der Extremität dreht, wäre es kühler und würde eine Akkretion ermöglichen
@lurscher siehe meine Bearbeitung.Die Leuchtkraft müsste um den Faktor 10 ^ 5 $ reduziert werden, um eine Akkretion zu ermöglichen.Selbst dann wäre die Akkretionszeitskala sehr lang und wenn es etwas akkretieren würde, würde es sich nicht mehr maximal drehen und anfangen zu verdampfen.Ich denke, das Schwarze Loch muss mehrere Größenordnungen massiver sein.
das klingt gut!aber ich bin ein wenig nicht überzeugt, dass die Akkretion das Schwarze Loch notwendigerweise von der Extremität abdriften lassen würde.Wären die Akkretionsraten, die das Schwarze Loch gegenrotieren, nicht niedriger als die Akkretionsraten der Masse, die sich in die gleiche Richtung dreht?
@lurscher Woher würde der spezifische Drehimpuls kommen, um sicherzustellen, dass J / M maximal bleibt?
Nun, ich denke, solange der Stern eine Nettorotation hat, kann angenommen werden, dass die Masse im Sternkern einen Drehimpuls ungleich Null (unspezifisch) hat, aber unter der Annahme des typischen Akkretionsprozesses eine bestimmte Menge an Massedas in das Schwarze Loch fallen würde, würde durch viskoses Drehmoment gerade genug Drehimpuls verlieren, um erfasst zu werden, und nicht mehr.Grundsätzlich der gleiche Grund, warum ein erheblicher Teil der gemessenen Schwarzlochspins näher an der Extremität liegt als nicht
Auf der anderen Seite gibt es die verwandte Frage: "[was passiert, wenn ein (großes) (kleines) Schwarzes Loch durch einen weißen Zwerg geht] (http://arxiv.org/abs/1505.04444)" undanscheinend kann die Antwort sein "es geht Supernova".Ich habe das Gefühl, dass ich diesen Link kürzlich auf Astronomy.SE zum ersten Mal gesehen habe, möglicherweise gepostet von Rob, aber ich bin mir nicht sicher.
@zibadawatimmy, weil ihre große Hitze den Kohlenstoff entzündet und die weißen Zwerge entartet sind.Nicht der Fall hier.
@RobJeffries Stimmen Sie diesem Argument zu, dass der viskose Widerstand dazu führen wird, dass Materie in das Schwarze Loch kollabiert, um einen extrem spezifischen Drehimpuls zu erhalten?
@RobJeffries Ja, ich habe es nicht als "aber das sagt das Gegenteil" erwähnt, sondern als "wenn Sie einige Hypothesen ändern, dann funktioniert es irgendwie (auch ich finde das ziemlich cool)".
Ich sehe nicht, wie relevant das Eddington-Limit hier ist.Das misst, was das Schwarze Loch ansaugen kann, es sagt nichts darüber aus, was der Druck der Materie des Sterns eindringen kann.
@LorenPechtel Der Strahlungsdruck ist viele, viele Größenordnungen höher als der Gasdruck.Ich habe das nur als Bezugspunkt benutzt.Ich kann eine Bearbeitung vornehmen, um zu demonstrieren.
@RobJeffries Ich stimme zu, dass der Strahlungsdruck das Gas wahrscheinlich fernhalten würde (ich vergesse alle Details eines Sterns, hat die Sonne entartetes Helium in der Mitte oder ist das nur, wenn es älter ist?), Aber die Eddington-Grenze hat nichts damit zu tunDies ist ein völlig irrelevanter Maßstab.
Sie haben alles erklärt, was passieren würde, wenn ein Schwarzes Loch mit einer Masse von 10 ^ 9 $ kg in die Sonne gehen würde, aber ich bin auch neugierig zu wissen, ob ein massereicheres Schwarzes Loch wie eines mit der Masse des Mondes Materie schneller verbrauchen würde als es istFreisetzung von Strahlung und ob die Gravitationserwärmung der Materie, die in sie fällt, den Verbrauch von Materie verlangsamen würde.
Count Iblis
2015-06-20 00:07:04 UTC
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Der intensive Fluss der Hawking-Strahlung von etwa $ 10 ^ {13} $ Watt verhindert, dass sich Sonnenmaterie dem Ereignishorizont nähert. Die Hawking-Strahlung erzeugt also eine kleine Blase, die verhindert, dass sie durch Akkretion wächst.

[Die Leistung der Sonne beträgt $ 10 ^ {26} \, \ rm W $] (http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/sunfact.html), daher bin ich nicht davon überzeugt, dass etwas so klein ist wie$ 10 ^ {13} \, \ rm W $ könnte als * intensiv * beschrieben werden oder Akkretion verhindern.
Ich denke, sein Punkt war, ein Schwarzes Loch dieser Größe wäre viel heißer als das Innere der Sonne und da es so viel heißer ist, würde es schneller Masse an die Sonne verlieren, als es Materie daraus aufnehmen kann.Ein so kleines Schwarzes Loch konnte auch keine Akkretionsscheibe bilden, daher wäre jede Art von Essen eher zufällige Kollisionen.(Eine Akkretionsscheibe beschleunigt die Geschwindigkeit, mit der ein Schwarzes Loch Materie aufnimmt).Auch die Hitze des Schwarzen Lochs würde die Materie von ihr wegdrücken.Für die gesamte Sonne wäre die zusätzliche Falkenstrahlung irrelevant, aber um das Schwarze Loch herum würde sie verhindern, dass das Loch viel frisst.
Die Annahme, dass es Hawking-Strahlung ausstrahlt, hängt stark davon ab, dass das Mikro-Schwarze Loch vom Schwarzschild-Typ ist.Wenn sich das Mikro-Schwarze Loch nahe der Extremität dreht, ist es möglicherweise kühler und ermöglicht eine Akkretion
@KyleKanos Sie verwechseln Leistung mit Leistungsdichte.Der Radius der Sonne beträgt ca. 7 x 10 ^ 8 m.Von Ihrem Link aus beträgt die Oberflächenemission ~ 60 MW / m².Für ein Schwarzes Loch in einem Abstand von 1 nm beträgt die Emissionsleistung etwa 8 x 10 ^ 29 W / m².Das ist ein Faktor von ungefähr 10 ^ 21 mehr für das Schwarze Loch.
@WhatRoughBeast: Ich bin mir der Unterscheidung bewusst;Mein (subtiler?) Punkt war, dass diese Antwort in diesem speziellen Detail nicht sehr klar ist und hoffte, dass Count das korrigieren würde.
Ah.Es tut uns leid.Gefahren der sokratischen Methode und all das.
userLTK
2015-06-20 00:14:11 UTC
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Dies könnte helfen: http://xaonon.dyndns.org/hawking/

10 ^ 9 KG gibt es:

eine Temperatur von 1,227203e + 14 Kelvin

und eine Leuchtkraft von 3,563442e + 14 Watt

und eine Größe, die um den Radius etwa 500-mal kleiner als ein Proton ist - das würde eine Absorptionsrate ergeben, die seiner entspricht Hawking-Strahlung ist ziemlich schwierig, weil sie über fünf Größenordnungen heißer als das Innere der Sonne und gleichzeitig viel kleiner als ein Atom ist.

Bei dieser Masse ein Schwarz Das Loch würde nicht einmal eine gute Tasche aus sehr dichtem Material erzeugen, das durch Schwerkraft gezogen wird. In nur einem Abstand von einem Atomradius würde seine Schwerkraft selbst im dicht gepackten Zentrum der Sonne weit über eine Million Mal abfallen.

Bei dieser Größe ist es schwer vorstellbar, dass sie gleichmäßig sein würde signifikante Gezeiteneffekte auch. Wenn solch ein Schwarzes Loch existieren würde und Sie sich ihm nähern könnten (ohne die Hawking-Strahlung, die es herausschießt), müssten Sie ungefähr 3 Zoll davon entfernt sein, um sogar eine 1-G-Kraft von ihm zu spüren - was sich seltsam anfühlen würde, weil die Gezeitenkräfte würden die Gravitation schnell abfallen lassen, aber solange Sie einen angemessenen Abstand halten, würde es sich nicht gefährlich anfühlen - vielleicht so, wie es sich anfühlt, einen Magneten zu halten, aber Sie sind der Magnet.

Wenn es durch Sie hindurchgehen würde, würde es wahrscheinlich ein kugelgroßes Loch hinterlassen - das würde also keinen Spaß machen - und seine Strahlung wäre auch tödlich, aber wenn Sie Abstand halten, würde es gravitativ ziemlich schwach wirken, bis Sie sehr waren schließen.

Wenn Sie also ein Schwarzes Loch wollen, das die Sonne frisst, müssen Sie größer werden - als Vermutung, vielleicht 10 ^ 13 oder 10 ^ 14 kg - geben oder nehmen und Selbst dann würde es wohl lange dauern, die Sonne zu essen.

Nun zum Essen des Kerns, der zum Zusammenbruch führt, würde ein so kleines Schwarzes Loch keinen spürbaren Effekt haben ect, aber wenn es größer wird, würden zwei Dinge passieren.

Es könnte einen kleinen Bereich mit höherem Druck erzeugen, im Wesentlichen eine Akkretionsscheibe innerhalb der Sonne, und die Bildung der Akkretionsscheibe würde zusätzliche Wärme erzeugen sowie jene schönen Strahlen, die die Pole herausschießen. Die zusätzliche Hitze würde die Materie wahrscheinlich schneller vom Sonnenzentrum wegdrücken, als die Tasche mit der hohen Schwerkraft die Dinge dorthin ziehen würde. Der Nettoeffekt wäre kompliziert, da Sie in dem lokalisierten Bereich mehr Energie hätten, aber diese mehr Energie die Sonne erwärmen würde, wodurch sich die Sonne ausdehnen würde. Es würde auch eine Art rührende Wirkung von den Energiestrahlen haben. Der Gesamteffekt ist für mich sehr schwer zu sagen.

Jetzt, da das Mikro-Schwarze Loch größer wird, würde die Sonne schließlich immer weniger wie eine Sonne und immer mehr wie eine Akkretionsscheibe mit aussehen zwei Jets schießen heraus. Die Zwischenstufen sind kompliziert, aber der Anfang (nicht viel Unterschied) und das Ende (Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs) sind nicht schwer vorherzusagen.

Nun, wenn ich Supernova mache, denke ich nicht weil schwarze Löcher beim Essen zu viel Wärme abschießen. Ein Stern wird nova, weil der Kern abkühlt und beim Abkühlen zusammenbricht und zusammenbricht - nun, Sie kennen den Rest. Ein Schwarzes Loch würde während des Essens eine gleichmäßige und gleichmäßige Wärme liefern, daher sehe ich für einen Nova-Moment keinen Mechanismus - und so funktioniert eine Nova im Grunde - es passiert auf einmal. Eine Nova ist wie ein perfekter Sturm, bei dem alles sehr schnell hereinfällt und dann alles, was wichtig ist, von sich selbst abprallt und nach außen explodiert. Ein Kernkollaps ist ein ganz anderes Ereignis als ein Schwarzes Loch mit einer Akkretionsscheibe.

Vielleicht habe ich etwas verpasst, aber das ist meine Einstellung zu diesem eher unwahrscheinlichen Szenario, und für die Aufzeichnung glaube ich nicht, dass Mikro Schwarze Löcher existieren.

Sterne mit geringer Masse kollabieren nicht, sie durchlaufen [außer Kontrolle geratene Kernfusion] (https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_detonation).
@ Lursher, Oh, ich bin mir sicher, dass es lokal in der Nähe des Schwarzen Lochs im Stern alle Arten von Reaktionen hervorrufen kann, vielleicht sogar einige schwere Moleküle.Das Problem ist, wie sich die Energie verhalten würde.Die Jets würden mit der Materie im Stern reagieren, aber schließlich würden die Jets den Stern durchbrechen.Ich denke, dieses Szenario würde den Stern irgendwann sehr aufrühren, aber ich sehe nicht, wie es wie eine Super-Nova aussehen würde.Zugegeben, meine Antwort ist rein spekulativ.
Sind die 7 signifikanten Stellen für die Temperatur und Leuchtkraft gerechtfertigt?
Das wäre ein Nein.Ich habe gerade von der Website kopiert / eingefügt.
user1998586
2015-06-20 12:11:35 UTC
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Es scheint, dass für Weiße Zwerge die Antwort Supernova ist, wenn die Massen groß genug sind: siehe http://arxiv.org/abs/1505.04444, ein Blog, in dem das Papier diskutiert wird, ist hier : http://astrobites.org/2015/06/03/detonating-white-dwarfs-with-black-holes/

Mit der Begründung, dass der obige Link speziell besprochen wurde Weiße Zwerge, ich vermute, dass für die geringere Dichte eines normalen Sterns ein Mikro-Schwarzes Loch tatsächlich gerade hindurchgeht und vermutlich etwas an Masse gewinnt.

In der Arbeit werden tatsächlich ursprüngliche Mikro-Schwarze Löcher erörtert. und besagt, dass "ursprüngliche Schwarze Löcher mit Massen ∼ $ 10 ^ {20} $ gm - $ 10 ^ {24} $ gm kein wesentlicher Bestandteil der Dunklen Materie sein können."

Das Gas in der Sonne ist weder entartet noch besteht es aus Kohlenstoff, so dass die Bedingungen, die eine außer Kontrolle geratene Detonation in einem weißen Zwerg auslösen könnten, nicht vorliegen.
Sei einfach geduldig und warte dann ein paar Milliarden Jahre :-)
Ja, ich sehe deine (Zunge in der Wange?) Denken, aber das Problem ist, dass ein kleines schwarzes Loch von $ 10 ^ {9} $ kg in 2000 Jahren verdunstet.


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