Tại sao sao neutron không hình thành chân trời sự kiện?

Cố gắng so sánh mật độ của Lỗ đen và Sao neutron tôi đã đưa ra những điều sau:

Một ngôi sao neutron điển hình có khối lượng nằm trong khoảng 1,4 đến 3,2 khối lượng mặt trời 1 [3] (xem Giới hạn Chandrasekhar), với bán kính tương ứng khoảng 12 km. (...) Sao neutron có mật độ tổng thể là 3,7 × 10 ^ 17 đến 5,9 × 10 ^ 17 kg / m ^ 3 [1]

và

Bạn có thể sử dụng bán kính Schwarzschild để tính "mật độ" của lỗ đen - tức là khối lượng chia cho thể tích được bao trong bán kính Schwarzschild. Điều này gần bằng với (1,8x10 ^ 16 g / cm ^ 3) x (Msun / M) ^ 2 (...)

Giá trị của bán kính Schwarzschild có giá trị khoảng (3x10 ^ 5 cm) x (M / Msun) [2]

Chúng ta hãy lấy một ngôi sao neutron từ đỉnh phổ (3,2 Msun) và cùng một lỗ đen khối lượng.

Chuyển đổi đơn vị:

• Sao neutron: 5,9 × 10 ^ 17 kg / m ^ 3 = 5,9 × 10 ^ 14 g / cm ^ 3
• Lỗ đen: 1,8x10 ^ 16 g / cm ^ 3 x (1 / 5,9) ^ 2 = 5,2 x10 ^ 14 g / cm ^ 3

Bán kính của lỗ đen sẽ là (3x10 ^ 5 cm) x (5.2) = 15.6km

Sao neutron 3,2Msun có mật độ này sẽ có thể tích 1,08 x 10 ^ 13 m ^ 3, cho bán kính 13,7 km

Theo Định lý Shell, cường độ trường hấp dẫn của các vật thể hình cầu ở khoảng cách nhất định là như nhau đối với các khối cầu vì đối với các khối lượng điểm ở cùng một khoảng cách từ tâm của cùng một khối lượng (điểm - lỗ đen, hình cầu - sao neutron) thì trọng lực sẽ bằng nhau .

Điều đó sẽ đặt bề mặt của sao neutron bên dưới bề mặt chân trời sự kiện của lỗ đen tương đương. Tuy nhiên, tôi chưa bao giờ nghe về chân trời của các sao neutron.

Hoặc tôi đã phạm sai lầm trong tính toán của mình (và nếu tôi đã làm, bạn có thể chỉ ra điều đó không?) Hoặc ... tốt, tại sao?

Như Francesco Montesano chỉ ra, sử dụng sai khối lượng dẫn đến câu trả lời sai. Ngoài ra, sử dụng mật độ ở đây có vẻ là một cách phức tạp để đi đến câu trả lời; bạn có thể tính bán kính Schwarzschild cho NS và xem nó có nhỏ hơn bán kính thực tế của nó không.

Vì mật độ tỷ lệ là ρ ~ M / R ^ 3 và bán kính Schwarzschild là R _s ~ M, mật độ của BHs quy mô là ρ ~ 1 / R ^ 2; BH lớn hơn thì ít đậm đặc hơn và chỉ đơn giản là kiểm tra xem NS có đậm đặc hơn BH không là đủ hay không - chúng phải có cùng khối lượng, điều đó có nghĩa là trên thực tế bạn đang so sánh bán kính.

Sử dụng mật độ không hợp lệ. Khi bán kính của chân trời sự kiện cho một khối lượng nhất định tăng tuyến tính, thể tích của bán kính đó tăng khi khối lập phương và do đó mật độ giảm. Nhìn theo một cách khác, mật độ tăng lên khi chân trời sự kiện giảm xuống.

Bạn có thể tính kích thước của chân trời sự kiện cho bất kỳ khối lượng nào. Bạn chỉ cần tìm điểm mà tốc độ thoát vượt quá tốc độ ánh sáng. Chúng ta có thể sử dụng tốc độ ánh sáng trong công thức cho tốc độ thoát và giải cho bán kính

Giải công thức thoát tốc độ cho r cho

Tôi kết hợp một bảng tính với các con số. Tôi tính toán rằng một lỗ đen khối lượng mặt trời 3,2 sẽ có bán kính 4,752km, nghĩa là một sao neutron có khối lượng 3,2 mặt trời sẽ trở thành một lỗ đen, nó sẽ phải co lại thành 9,504km và có mật độ 7,13E18 kg / m ^ 3. Ngược lại, lỗ đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà của chúng ta có bán kính chân trời sự kiện khoảng 6 tỷ km và mật độ chỉ 4,34E6 kg / m ^ 3. Một lỗ đen có kích thước của một proton sẽ cần 350 triệu tấn và có mật độ 1,5E56 kg / m ^ 3.

Tôi nghĩ rằng bạn có thể tắt một số số của bạn. Cụ thể, bạn đang sử dụng dải số ở đầu trên cùng của phổ và hình 'khoảng' cho bán kính của sao neutron như thể 12km là bán kính không đổi duy nhất cho tất cả các sao neutron. Trên thực tế, một ngôi sao neutron khối lượng mặt trời 1,4 sẽ tạo ra bán kính ở đâu đó trong khoảng từ 10,4 đến 12,9 km ( nguồn )

https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/nicer/nicer_about.html

Chúng ta hãy quay trở lại thời gian khi một siêu sao đỏ đi siêu tân tinh. Khi nó đi siêu tân tinh, lớp vỏ bên ngoài của nó bị thổi bay vì vụ nổ. Điều gì xảy ra tiếp theo phụ thuộc vào khối lượng của tàn dư. Nếu khối lượng gấp 1,4 đến 3 lần khối lượng mặt trời, nó sẽ trở thành một ngôi sao neutron. Nếu nó lớn gấp 3 lần khối lượng hoặc lớn hơn thì nó trở thành một lỗ đen. Các sao neutron không thể có chân trời sự kiện của các lỗ đen vì tàn dư siêu tân tinh của chúng đơn giản là không đủ lớn.

Người ta nói rằng các sao neutron uốn cong không gian / thời gian mạnh mẽ đến mức có thể nhìn thấy các phần của mặt sau từ phía trước! Tất nhiên, một ngôi sao neutron thực chất là một quả bóng neutron rất rất lớn với tất cả các nguyên tố ánh sáng trên bề mặt. Một số nhà khoa học hiện tin rằng các va chạm sao neutron đơn giản không tạo ra tất cả các nguyên tố nặng nhưng sự tồn tại của các nguyên tố nặng hơn sắt là do va chạm sao đen lỗ neutron. Nếu vậy thì họ không có một chân trời sự kiện mặc dù lực hấp dẫn rất lớn của họ bởi vì vấn đề quá lan rộng, trong khi đối với một lỗ đen thực sự thì tất cả tập trung ở một nơi. Trên thực tế, người ta tin rằng tốc độ thoát của một ngôi sao neutron điển hình là khoảng 1/3 đến 1/2 tốc độ ánh sáng, vẫn là một số lượng lớn và cuộc sống tình cờ có thểcó thể trên một hành tinh quay quanh một ngôi sao neutron có khả năng chịu bức xạ đủ ngay cả trong một loại vi khuẩn như Deinococcus radiodurans miễn là quỹ đạo của hành tinh giữ nó cách xa các tia nước. Một biến thể của khái niệm này là khi một ngôi sao neutron chạm vào siêu sao đỏ nhanh chóng đốt cháy phản ứng tổng hợp helium nếu toàn bộ vật thể không nổ tung trước.
https://arstechnica.com/science/2014/06/red-supergiant-replaces-its-core-with-a-neutron-star/