Warum sind nicht alle großen Sterne schwarze Löcher?

Es war kein Schwarzes Loch, weil die Dichte nicht hoch genug war. Die Dichte war geringer als für ein Schwarzes Loch erforderlich, da das Volumen größer war. Das Volumen war größer, weil die Atome (meist Wasserstoff) durch den durch die Fusionsprozesse erzeugten Druck voneinander ferngehalten wurden. Sobald die Fusionsprozesse aufhören, verschwindet diese Quelle der Abstoßung zwischen den Atomen, das Volumen schrumpft, die Dichte steigt und die Schwelle des Schwarzen Lochs kann überschritten werden.

Der Grund, warum ein massereicher Stern nicht sofort zu einem Schwarzen Loch kollabiert, ist der Strahlungsdruck.

Wenn sich ein Stern in dieser Phase seines Lebens befindet, die als Hauptsequenz (MS) bezeichnet wird, hängt seine Leuchtkraft ungefähr von seiner Masse ab$M^4$. Das bedeutet, dass ein Stern mit der zehnfachen Masse der Sonne 10.000-mal leuchtender wäre.

Diese enorme Leuchtkraft wird hauptsächlich im Zentrum des Sterns erzeugt, wo die Temperaturen am höchsten sind, und dann nach außen konvektiert, wo die Temperaturen am niedrigsten sind. Da der Strahlungsdruck wie folgt von der Temperatur abhängt

Die Bedeutung dieser Gradienten ist so groß, dass sie für Sternmassen übersteigen$\approx 100 M_\odot$, werden diese Druckgradienten so groß, dass sie den Stern wegblasen. Tatsächlich ist dies genau der Mechanismus, der die Masse der größten Sterne nach unten begrenzt$100 M_\odot$.

Die Existenz dieses Mechanismus zeigt sich auch durch ein weiteres wichtiges Phänomen: Massenverlust durch Winde. In späteren Stadien des Lebens des Sterns, wenn er sich von der MS weg ausgedehnt hat, um ein Unterriese und dann ein Riese zu werden, sind die äußeren Schichten des Sterns so lose verbunden, dass der Strahlungsdruck stark genug ist, um sie wegzublasen: wohlgemerkt, nicht blasen Sie den ganzen Stern weg, nur die äußeren Schichten.

Diese Winde von massiven Sternen sind fantastisch: Sie können Geschwindigkeiten von über$1000\; km\; s^{-1}$, und kann so massiv sein, dass ein Stern von$90 M_\odot$verliert innerhalb seiner sehr kurzen Lebensdauer (nur wenige Millionen Jahre) 90 % seiner gesamten Masse.

Wenn die Windphase aufhört, ist der verbleibende Stern etwas kompakter, und der Strahlungsdruck kann jetzt keinen verbleibenden Teil wegblasen. Dies geht nicht weiter , bis der Kernbrennstoff erschöpft ist (offenbar ein weit verbreitetes Missverständnis): Der Stern beginnt seinen Kollaps, bevor der Kernbrennstoff erschöpft ist.

Der Grund dafür ist, dass einige späte Kernprozesse reichlich Neutrinos produzieren, die aufgrund ihres sehr kleinen Wirkungsquerschnitts für die Wechselwirkung mit normaler Materie ungehindert aus dem Stern entweichen können. An diesem Punkt erhitzen also Kernreaktionen das Sternmaterial nicht, sie kühlen es ab. Dies beschleunigt natürlich den Sternenkollaps. Diese Prozesse sind so destruktiv, dass sie URCA- Prozesse genannt werden , nach dem Namen eines berühmten Casinos in Rio: Die Implikation ist, dass Energie (statt Geld) in Form von Neutrinos verschwendet wird (statt in die Kassen des Casinos).

Es gibt andere nukleare Prozesse, die dem Sterngleichgewicht ziemlich abträglich sind, wie die Photodissoziation von Eisenkernen, in diesem Fall, weil sie Energie absorbieren , anstatt sie freizusetzen.

Insgesamt bedeutet dies, dass der Sternenkollaps stattfindet, bevor der Kernbrennstoff erschöpft ist.