Tại sao bây giờ không thể tồn tại một quasistar?

Từ nghiên cứu của tôi, tôi phát hiện ra rằng các quasistar tồn tại trên lý thuyết là do lõi lỗ đen có áp suất bức xạ chống lại trọng lực trong ngôi sao. Tuy nhiên, một số trang web tuyên bố rằng quasistar hiện không tồn tại vì có kim loại làm ô nhiễm hydro và helium.

Ai đó có thể giải thích cho tôi tại sao kim loại (hoặc một sự dịch chuyển nhỏ của hydro và heli) sẽ ảnh hưởng đến áp suất bức xạ của lỗ đen, hoặc là không có nơi nào mà khối lượng đó (hơn 1000 khối lượng mặt trời) có thể tồn tại ở bất cứ đâu tại một nơi ?

Tôi đã xem trên Wikipedia (tôi thường làm điều này và sau đó nghiên cứu trên các trang web khác nhau nếu tôi tìm thấy điều gì đó thú vị ở đó) và ở đây 1 .

Các đám mây khí có khối lượng cao hơn nhiều rất phong phú trong các thiên hà; đám mây hình thành sao điển hình (được gọi là đám mây phân tử ) có khối lượng đến . Khi các quasistar (các ngôi sao giả thuyết được cung cấp không phải bằng phản ứng tổng hợp hạt nhân, mà bằng cách bồi tụ vào lỗ đen trung tâm) không thể tồn tại ngày nay, đó là vì tất cả khí trong Vũ trụ đã bị ô nhiễm kim loại.$10^3\,M_\odot$$10^3\,M_\odot$$10^7\,M_\odot$

Sao hình thành từ những đám mây khí sụp đổ. Để một vùng của đám mây sụp đổ, nó phải đủ đậm đặc và đủ mát; nếu nó quá loãng, sẽ không đủ lực hấp dẫn và nếu quá nóng, năng lượng của các nguyên tử riêng lẻ sẽ chống lại sự sụp đổ, làm cho các nguyên tử thoát ra.

Quần jean

Tiêu chí này được nắm bắt trong phương trình bất ổn Jeans . Mối quan hệ có thể được thể hiện theo nhiều cách; một cách là nói rằng khối lượng của đám mây - hoặc một vùng nhỏ của đám mây - phải vượt quá "Khối quần jean": trong đó (tính bằng ) và (trong ) là nhiệt độ và mật độ số của khí .

Từ phương trình này, bạn thấy rằng khí càng lạnh thì ngưỡng càng nhỏ. Nói cách khác, các ngôi sao nhỏ hơn bạn có thể hình thành. Nếu khí không thể làm mát, chỉ những khối lớn nhất sẽ sụp đổ, và do đó những ngôi sao như vậy sẽ rất lớn.

Làm mát bằng gas

Vì vậy, làm thế nào để khí làm mát? Khí nóng có nghĩa là các hạt có vận tốc lớn. Nếu các hạt va chạm, chúng có thể kích thích lẫn nhau, đưa một electron lên trạng thái cao hơn với chi phí làm chậm - tức là làm mát. Khi electron khử kích thích, một photon được phát ra, có thể rời khỏi hệ thống. Do đó, động năng của các nguyên tử được chuyển thành năng lượng điện từ thoát ra.

Tuy nhiên, một electron chỉ bị kích thích nếu năng lượng của sự va chạm khớp với năng lượng cần thiết cho sự kích thích. Nếu năng lượng va chạm quá cao hoặc quá thấp, các nguyên tử chỉ đơn giản bật ra khỏi nhau, duy trì tổng năng lượng của chúng (mặc dù người này có thể truyền một số năng lượng cho người khác).

Tác dụng của kim loại

Nếu khí chỉ bao gồm hydro và heli, chỉ có một vài năng lượng có sẵn để kích thích. Hydrogen có khả năng làm mát hiệu quả xung quanh , trong khi helium nguội đi hiệu quả quanh , nhưng ở nhiệt độ khác, khí có xu hướng ở lại ở nhiệt độ đã cho.$T\sim10^4\,\mathrm{K}$$T\sim10^5\,\mathrm{K}$

Tuy nhiên, ngay khi có một số kim loại, nhiều electron của các kim loại này, với nhiều chuyển đổi có thể có của chúng, cho phép các nguyên tử có nhiều năng lượng có thể bị kích thích. Do đó, trước khi đám mây khí sụp đổ để tạo thành một ngôi sao , nó sẽ phân mảnh thành các mảnh nhỏ hơn, tạo thành các ngôi sao nhỏ hơn.$M\sim10^3\,M_\odot$$10^3\,M_\odot$

Nếu bạn xây dựng một protostar rất lớn, hơn một nghìn khối lượng mặt trời, thì lõi của protostar có thể sụp đổ trực tiếp vào một lỗ đen trong khi nó vẫn được bao quanh bởi một phong bì lớn. Sự sụp đổ sẽ xảy ra "từ trong ra ngoài", do đó phong bì sụp đổ với tốc độ chậm hơn. Tuy nhiên, có một tốc độ tối đa mà các lỗ đen có thể phát triển, bởi vì vật liệu nén rất nóng và phát ra nhiều bức xạ và áp suất bức xạ có thể ngăn chặn sự sụp đổ (tạm thời). Đây là một ngôi sao gần như.

Chìa khóa của một ngôi sao gần như là khối lượng ban đầu lớn, giúp ngăn chặn phong bì bị "thổi bay" bởi sự giải phóng năng lượng ban đầu trong quá trình hình thành lỗ đen. Các nguyên mẫu lớn như vậy chỉ có thể được chế tạo trong vũ trụ sơ khai từ vật liệu nguyên sơ. Nếu vật liệu bị ô nhiễm với các nguyên tố nặng hơn thì nó có thể làm mát dễ dàng hơn - các nguyên tử nặng hơn có thể tạo thành các phân tử và tỏa năng lượng đi. Sự làm mát này cho phép một đám mây lớn phân mảnh thành nhiều mảnh nhỏ hơn, do đó, trong vũ trụ ngày nay, sự sụp đổ của một đám mây lớn như vậy sẽ không dẫn đến một nguyên mẫu lớn, mà là một cụm các nguyên mẫu nhỏ hơn.

Việc bổ sung các kim loại (nghĩa là các nguyên tố nặng hơn heli) vào hỗn hợp sao khiến nó không trong suốt đối với bức xạ. Về cơ bản, hydro và heli có quang phổ tương đối đơn giản và không bị nhiễu, nhưng "kim loại" thêm nhiều vạch quang phổ mới và hỗn hợp hấp thụ nhiều ánh sáng hơn và được làm nóng hiệu quả hơn và cũng lấy thêm động lượng từ nó.

Khí trong vũ trụ sơ khai sau đó có ít kim loại hơn và do đó ít bị ảnh hưởng bởi bức xạ của một ngôi sao mới ngưng tụ. Do đó, ngôi sao có thể phát triển đến khối lượng cao hơn trước khi bức xạ của nó cắt đứt dòng khí cho phép nó phát triển. (Ngày nay, giới hạn trên của sự hình thành sao là khoảng 100 khối lượng Ssole; chỉ với hỗn hợp H và He, nó dường như cao tới 250 khối lượng mặt trời.) Xem bài viết Wikipedia để được giải thích tốt. Những ngôi sao siêu lớn này là cần thiết để tạo thành một quasistar, và chỉ có thể hình thành từ H / He không được cung cấp. Vì vậy, quasistar (nếu chúng tồn tại) chỉ có thể hình thành từ rất sớm trong quá trình tiến hóa của vũ trụ.