Có khả năng sao lùn trắng có thể biến thành sao neutron hay lỗ đen không?

Tôi biết rằng một sao lùn trắng chủ yếu được cân bằng bởi áp suất thoái hóa điện tử và nếu nó tăng hơn 1,4 khối lượng mặt trời từ bất kỳ nguồn nào (như ngôi sao đồng hành hoặc va chạm), nó sẽ phát nổ như một siêu tân tinh loại I. Nhưng có khả năng nào sao lùn trắng có thể biến thành sao neutron (hoặc có thể là lỗ đen) không?

Câu trả lời là: với một ngôi sao neutron - có thể; đến một lỗ đen, không.

Quá trình hình thành sao neutron được gọi là sự sụp đổ do bồi tụ và đang được tranh luận nghiêm túc, đặc biệt là trong trường hợp sao lùn trắng được sinh ra ở đầu trên của "phạm vi khối lượng tự nhiên" đối với sao lùn trắng và sau đó tích tụ khối lượng lớn hơn như là một phần của hệ thống nhị phân. Một bài đọc tuyệt vời là phần giới thiệu của Taurus et al. (2013) , người trải qua động lực, quá trình và (hạn chế) bằng chứng quan sát. Xem thêm Schwab et al. (2015) ; Ruiter et al. (2018) .

Vụ nổ so với sụp đổ

Một sao lùn trắng có thể đáp ứng với sự bồi tụ của vật chất bằng cách nổ tung hoặc sụp đổ. Nó phụ thuộc vào sự cạnh tranh giữa năng lượng được giải phóng trong các phản ứng nhiệt hạch và năng lượng bị khóa bởi các phản ứng bắt electron (còn gọi là phản ứng neutron hóa).

Nếu các phản ứng nhiệt hạch được bắt đầu thì kết quả có thể xảy ra là phản ứng hạt nhân chạy trốn - áp lực bên trong ngôi sao không tăng đủ nhanh để ngăn chặn toàn bộ ngôi sao trải qua quá trình tổng hợp. Năng lượng được giải phóng vượt quá năng lượng liên kết hấp dẫn và kết quả có khả năng là siêu tân tinh loại Ia.

Mặt khác, sao lùn trắng được hỗ trợ bởi sự thoái hóa điện tử. Nếu quá trình neutron hóa bắt đầu xảy ra trong lõi, thì các proton (trong hạt nhân) bắt các electron để tạo thành neutron. Điều này làm mất ổn định ngôi sao khiến nó sụp đổ. Sự sụp đổ sẽ tiến hành (một cách nhanh chóng) theo cách tương tự như siêu tân tinh sụp đổ lõi. Các hạt nhân sẽ phân ly, quá trình neutron hóa sẽ chạy đến gần hoàn thành và sự sụp đổ sẽ được dừng lại bởi sự hình thành của một ngôi sao neutron.

Có rất ít khả năng một lỗ đen có thể được hình thành do sự sụp đổ như vậy. Vật thể sụp đổ sẽ có khối lượng 1,4 mặt trời và nhỏ hơn một cách thoải mái so với khối lượng tối đa của các sao neutron quan sát được (ít nhất là 2 khối lượng mặt trời). Do đó, sự sụp đổ sẽ được dừng lại ở pha sao neutron.

Sao lùn trắng có khối lượng vừa phải

$4\times 10^{13}$$^3$$1.38M_{\odot}$

Điều này có nghĩa là trong một C / O WD đã tích tụ rất nhiều vật chất, sự đánh lửa có thể xảy ra ở lõi C hoặc nó có thể được kích hoạt ở He (ở mật độ thậm chí thấp hơn) ở đáy của lớp vỏ được bồi đắp sâu . Kết quả có thể sẽ là sự hợp nhất nhiệt hạch hạt nhân và sự phá hủy hoàn toàn của ngôi sao.

Sao lùn trắng đồ sộ hơn

$8-10M_{\odot}$$>1.2M_{\odot}$$1.9\times10^{13}$$6\times 10^{12}$$3\times 10^{12}$$^3$tương ứng (tất cả thấp hơn so với C, đặc biệt là đối với Ne và Mg). Điều này có nghĩa là WD O / Ne / Mg có thể phải tích tụ rất ít khối lượng để đạt được mật độ trung tâm này, bắt đầu quá trình neutron hóa, dẫn đến sụp đổ. Ngoài ra, nếu mật độ như vậy không đủ để kích hoạt đốt cháy C trong WD C / O, thì chắc chắn chúng sẽ không đủ cao để kích hoạt đốt cháy trong O / Ne / Mg vì lực đẩy coulomb mạnh hơn. Hơn nữa, nếu khối lượng nhỏ được bồi đắp, thì sẽ không có một khối lượng lớn vật liệu được bồi đắp để đốt cháy ngoài trung tâm.

Vì tất cả những lý do này, O / Ne / Mg WD có thể có nhiều khả năng ( Liu và cộng sự 2018 ; nhưng cũng thấy Wang 2018 ) sụp đổ hơn là phát nổ (sự sụp đổ sẽ gây ra một loại siêu tân tinh sụp đổ lõi).

Có bồi tụ gây ra sụp đổ xảy ra?

Hiện tại chỉ có bằng chứng gián tiếp. Khi chúng ta nhìn vào các sao neutron hình thành gần đây - được xác định là các sao quay nhanh - chúng ta thấy chúng thường có vận tốc rất cao. Những vận tốc này được cho là kết quả từ một "cú đá" bất đối xứng được cung cấp bởi một siêu tân tinh sập lõi loại II. Điều này cho thấy có thể khá khó khăn để giữ lại một ngôi sao neutron trong hệ thống nhị phân, nhưng nhiều ngôi sao neutron được quan sát là trong các hệ nhị phân, và nhiều trong số đó, đặc biệt là các mili giây, được cho là đã trải qua quá trình truyền khối lượng đáng kể trong quá khứ.

Bằng chứng nữa đến từ việc duy trì một quần thể sao neutron đáng kể bên trong các cụm sao cầu. Một lần nữa, những cú đá có thể đã được dự kiến ​​sẽ trục xuất hầu hết những thứ này. Ngoài ra, có một số ví dụ có vẻ là "trẻ", trong đó tỷ lệ thời gian quay của chúng so với tốc độ phân rã spin cho thấy chúng được hình thành gần đây. Vì không có các ngôi sao có khối lượng lớn trong các cụm sao cầu, và do đó không có khả năng tạo ra các vật thể này thông qua sự sụp đổ lõi của các ngôi sao lớn, do đó, sự bồi đắp gây ra sự sụp đổ của một sao lùn trắng có khối lượng lớn là một khả năng.

Không dành cho hầu hết các sao lùn trắng, vì chúng thường chứa đầy vật liệu tổng hợp (đáng chú ý nhất là carbon và oxy). Khi vật chất như thế bắt đầu trải qua sự sụp đổ lực hấp dẫn, nó nóng lên và hợp nhất, tạo ra siêu tân tinh loại Ia và không để lại gì vì cường độ của vụ nổ. Nhưng một số sao lùn trắng có lõi sắt, ví dụ, https://arxiv.org/abs/astro-ph/9911371 , và có thể dự đoán rằng lõi sắt sẽ tồn tại siêu tân tinh. Cho dù nó có thể thu được đủ vật chất để sụp đổ thành một ngôi sao neutron mà tôi không thể nói, nó không dễ nghe nhưng không bao giờ nói không bao giờ.

Nếu sao lùn trắng của bạn có lõi sắt lớn. . . có lẽ. Nhưng có lẽ là không. Sự sụp đổ loại 1a nhanh chóng ở giới hạn Chandrasekhar, với áp lực bức xạ ấn vào lõi sắt. . . chỉ có thể, nhưng ngay cả sau đó tôi muốn nói không, điều đó là không thể, chỉ có điều, kịch bản đó chỉ có thể có cơ hội.

Một lỗ đen là một không khó. Một ngôi sao neutron khối lượng mặt trời 2,5 (khoảng) có thể biến thành một lỗ đen. Một sao lùn trắng khối lượng mặt trời 1,4 ngay cả khi được làm từ Sắt, ngay cả khi nó bằng cách nào đó sụp đổ thành một ngôi sao neutron, nó sẽ quá nhẹ để sụp đổ thành một lỗ đen.