Wenn ein Neutronenstern genug Masse ansammelt, beginnt dann ein Schwarzes Loch in seinem Zentrum?

Bei weniger dichten Körpern wie der Erde und der Sonne hat das Zentrum eine geringere Schwerkraft / Dichte (da das Zentrum von gleicher Masse umgeben ist und aus allen Richtungen herausgezogen wird).

Gilt das auch für Neutronensterne? Das heißt, ist die Schwerkraft / Dichte in einer Schale nahe dem Zentrum am höchsten, aber nicht im Zentrum?

Wenn ja, würden sich nicht unzählige Schwarze Löcher in dieser Hülle bilden und anfangen zu verschmelzen, bis ein großes Schwarzes Loch existiert?

Genauer gesagt, würden Gruppen von Quarks nicht über die kritische Dichte hinaus verschmelzen, beginnend im dichtesten Teil des Neutronensterns (der Hülle, die seinen Kern umgibt), was zu einer Hülle aus verschmelzenden mikroskopischen Schwarzen Löchern führen würde, die technisch einen Kern aus Quark-Gluon-Suppe umgibt immer noch außerhalb des Ereignishorizonts, bis die verschmelzenden Schwarzen Löcher ihn erreichen?

Bei den meisten Objekten ist die Mitte im Allgemeinen der dichteste Teil. Außerdem würde, wenn ein Objekt in ein Schwarzes Loch kollabieren würde , das ganze Ding kollabieren, nicht nur ein Teil davon. Es würde keine Fusion geben . Aber ja, Neutronensterne können zu Schwarzen Löchern kollabieren, wenn sie massiv genug sind.
@Paul Sie irren sich in Ihrer Hypothese, dass das Zentrum eine geringere Dichte hat: d2vlcm61l7u1fs.cloudfront.net/… (Erde. Beachten Sie, dass die Achse "Tiefe" ist) aanda.org/articles/aa/full/2002/12/aa1471/ img21.gif (Neutronenstern, beachten Sie, dass die Achse "Radius" ist)
@ HDE 226868 und NeuroFuzzy Das ergibt für mich Sinn. Ich habe fälschlicherweise angenommen, dass der Abfall der Schwerkraft im Zentrum die Dichte um ein gewisses Maß verringert.
Hier ist ein Papier, das Simulationen der Bildung eines Schwarzen Lochs aus einem kollabierenden Neutronenstern diskutiert: Richers, „Equation of State Effects on Gravitational Waves from Rotating Core Collapse“, arxiv.org/abs/1701.02752 . Es gibt viele Unbekannte. Es ist nicht einmal wirklich geklärt, ob der reale astrophysikalische Gravitationskollaps eines Sterns zu einem Schwarzen Loch führt. Es kann zu einer nackten Singularität führen: Joshi und Malafarina, "All black holes in Lemaitre-Tolman-Bondi inhomogeneous dust collapse", arxiv.org/abs/1405.1146
Das OP argumentiert auf der Grundlage der Dichte, was aus den von Timaeus erläuterten Gründen eindeutig nicht richtig ist. Aber ich denke auch nicht, dass die Antwort von Timaeus aus den in den Kommentaren angegebenen Gründen gültig ist.

Antworten (4)

Schwarze Löcher (und Ereignishorizonte) werden nicht durch Dichte verursacht. Und ja, sie beginnen immer im Zentrum, auch wenn 100 % der Masse und Energie auf der Schale weit entfernt vom Zentrum liegen.

Das Erste, woran man sich erinnern sollte, ist, dass man keinen Ereignishorizont „fühlt“. Wenn Aliens aus allen Richtungen auf die Erde zusteuerten und Horter waren (oder einfach lieber ihre Planeten mitbrachten als Raumschiffe zu bauen), dann könnten wir uns gerade jetzt in einem Ereignishorizont befinden und es nicht einmal wissen ! Einen Ereignishorizont spürst du nicht, und er bildet sich aufgrund der großen Dichte auch nicht aus.

Du kannst sogar eine unendliche Dichte haben und trotzdem keinen Ereignishorizont bilden.

Fragen wir also, was eigentlich ein Ereignishorizont ist. Erstens ist es eine Oberfläche, die ein Innen und ein Außen hat. Zweitens ist es eine Einbahnstraße. Dinge können von außen nach innen gehen, aber nicht umgekehrt. Drittens sehen die Beobachter, die draußen bleiben, nie das Innere, nicht weil Sie einen Faraday-Käfig oder etwas haben, das Licht blockiert, sondern wegen der Geometrie, die es nicht einmal der Lichtgeschwindigkeit erlaubt, den Horizont zu überqueren.

Sie können sich den Horizont als etwas vorstellen, das selbst mit Lichtgeschwindigkeit nach außen an jedem Ereignis vorbeizieht.

Wenn Sie beispielsweise einen Beobachter haben, der mit konstanter Geschwindigkeit (und Richtung) beschleunigt, sodass er im Minkowski-Raum eine hyperbolische Vorstellung hätte, dann hat dieser Beobachter einen Horizont, die Grenze zwischen Ereignissen, die er sieht, und solchen, die er nie sieht. Und es ist eine vollkommen normale Oberfläche, die sich mit Lichtgeschwindigkeit entlang einer festgelegten Richtung bewegt.

Es ist ein "letzter Anruf", wie wenn Sie jetzt ein Lichtsignal senden, können Sie diesen Beobachter schließlich erreichen, aber wenn Sie über dieses Ereignis hinaus warten, werden Sie ihn nie erreichen. Es fühlt sich nicht wie ein "Ding" per se an.

Wenn also eine riesige Hülle aus Materie um dich herum zusammenbricht und du normale Materie warst und die Hülle sich langsam zusammenzieht, könnte es einen Punkt geben, an dem sie zu konzentriert wird (zu viel im Inneren im Vergleich zur Oberfläche ) . Dann würde es von außen wie ein schwarzes Loch erscheinen. Das Schwarze Loch ist ein Ereignishorizont.

Es bedeutet im Grunde, alle Beobachter, die draußen geblieben sind, zu gruppieren und einen Punkt zu markieren, an dem Sie sie kontaktieren konnten und an dem Sie dies nicht konnten.

Wenn Sie beispielsweise im obigen Beispiel nicht möchten, dass sich die Außerirdischen aus allen Richtungen auf Sie kontrahieren und Sie in einem schwarzen Loch einsperren, können Sie ihnen eine Nachricht senden, und wenn Sie sie früh genug senden, können Sie ihnen sagen, dass sie aufhören sollen, sich zusammenzuziehen (ob ob sie dem nachkommen, liegt natürlich bei ihnen).

Wenn Sie die Nachricht irgendwann nicht gesendet hätten, wäre es jetzt zu spät gewesen. Ihre Nachricht würde sie nicht rechtzeitig erreichen. Du hast zu lange gewartet. Das ist das Ereignis, bei dem sich der Ereignishorizont bildet. In der Mitte, im Moment hast du zu lange gewartet. Es dehnt sich mit Lichtgeschwindigkeit in alle Richtungen aus. Es könnte mit anderen Ereignishorizonten verschmelzen, die ebenfalls bei Ereignissen begannen und sich dann mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnten. Schließlich dehnt es sich aus und trifft auf die Oberfläche.

Wenn die Oberfläche weit vom Zentrum entfernt wäre, könnte es sehr lange dauern, bis sich eine Singularität bildet. Aber der Ereignishorizont begann, sobald es (je nach Standort) zu spät war, um nach außen zu gelangen.

Man kann also sogar eine komplett leere kugelförmige Kugel haben und dann außen eine unendlich dichte Massehülle haben. Solange Sie nicht zu viel Masse pro Oberfläche haben, ist alles in Ordnung. Also eine Masse, die pro Volumeneinheit unendlich ist, aber immer noch endlich pro Flächeneinheit, vorausgesetzt, die Fläche ist größer als 4 π ( 2 M ) 2 für die Masse M , wäre alles noch in Ordnung. Wenn sich die Hülle jedoch zusammenzieht, um zu wenig Oberfläche zu haben, wird sie von einem Ereignishorizont verschlungen.

In diesem Fall würde der Ereignishorizont im Zentrum beginnen und gerade rechtzeitig, dass er sich ausdehnen muss, um die Grenze um die Hülle zu werden, bevor die kritische Masse pro Fläche erreicht wird (im Gegensatz zu danach und damit für immer darin gefangen zu sein).

Und der genaue kritische Moment hängt eigentlich nur von der Geometrie ab. Das Ganze ist nur Geometrie! In dem Moment, in dem die Geometrie aufhört, zu entkommen, bildet sich der Horizont. Es dehnt sich mit Lichtgeschwindigkeit aus (sonst könnte man es überqueren). Und es tut dies für ein Inertialsystem. Schließlich kommt es zu einem Punkt, an dem sich mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnen bedeutet, an einem Ort zu bleiben, der die gleiche lokale Geometrie hat. Wenn es die kritische Oberfläche erreicht, kann es sich mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnen und außen und innen die gleiche Geometrie haben. Und diese eingeschlossene Oberfläche ist wirklich das, was den Ereignishorizont „kleben“ lässt.

Im Wesentlichen beginnt der Horizont also im Inneren und dehnt sich immer weiter aus, bis er gerade das „Außen“ erreicht, dann „klebt“ er einfach dort fest.

Im Fall der Kugelsymmetrie haben Sie sicherlich Recht. Es ist ziemlich trivial, dies in einem Penrose-Diagramm zu sehen, wo der Ereignishorizont eine Nullfläche ist, die ihren Ursprung im Symmetriezentrum hat. Aber Sie nehmen nur eine sphärische Symmetrie an, und das setzt im Grunde das voraus, was Sie zu beweisen versuchen. In dem Szenario, das das OP im Sinn hat, würde es überhaupt keine sphärische Symmetrie geben. Es scheint durchaus möglich, dass der Ereignishorizont zunächst aus unzusammenhängenden Teilen besteht.
Wenn Sie sich realistische Simulationen des Gravitationskollaps eines Neutronensterns ansehen, wie Richers, arxiv.org/abs/1701.02752 , fehlt ihnen völlig die Kugelsymmetrie. Es gibt einen anfänglichen Zusammenbruch, mindestens einen Sprung und komplizierte Strömungen und Stoßwellen.

Ihre Frage geht implizit davon aus, dass oberhalb einer bestimmten kritischen Dichte eine Region des Weltraums in ein Schwarzes Loch kollabiert. Nun, lassen Sie uns diese Dichte finden:

Der Schwarzschild-Radius ist:

R S = 2 G M C 2 ,

und die Dichte ist gegeben durch:

ρ = M v ≈ 4 M 3 R 3

Was bedeutet, dass

ρ S = 3 M 4 π ( 2 G M C 2 ) 3 = 3 C 6 32 π G 3 M 2 .

Das ist problematisch, weil die Dichte von der Masse abhängt ... Aber aus dieser Beziehung können wir sehen, dass mit zunehmender Masse die kritische Dichte tatsächlich kleiner wird ! Versuchen wir stattdessen, die Dichte in Bezug auf den Radius zu finden:

M = 4 π R S 3 ρ S 3 = R S C 2 2 G
ρ S = 3 C 2 8 π G R S 2

Wie Sie sehen können, haben wir eine ähnliche Beziehung: Wenn der Radius größer wird, schrumpft die kritische Dichte immer noch.

Dies ist keine vollständige Antwort, da die Kommentare von HDE Ihren Hauptpunkt abdecken (glaube ich), es geht nur um Ihre erste Frage:

Bei weniger dichten Körpern wie der Erde und der Sonne hat das Zentrum eine geringere Schwerkraft / Dichte (da das Zentrum von gleicher Masse umgeben ist und aus allen Richtungen herausgezogen wird).

Eine Abschätzung der Dichte der verschiedenen Erdschichten

Dichte der Erdschichten

Schätzungen variieren, aber einige ungefähre Werte sollten wie folgt sein (in Gramm pro Kubikzentimeter):

Continental Crust:    2.7 to 3.0
Oceanic Crust:        3.0 to 3.3
Mantle (silicates):   3.3 to 5.7 (increasing with depth?)
Outer Core (liquid):  9.9 to 12.2
Inner Core (solid):  12.6 to 13.0

Der Rest deiner Frage:

Genauer gesagt, würden Gruppen von Quarks nicht über die kritische Dichte hinaus verschmelzen, beginnend im dichtesten Teil des Neutronensterns (der Hülle, die seinen Kern umgibt), was zu einer Hülle aus verschmelzenden mikroskopischen Schwarzen Löchern führen würde, die technisch einen Kern aus Quark-Gluon-Suppe umgibt immer noch außerhalb des Ereignishorizonts, bis die verschmelzenden Schwarzen Löcher ihn erreichen?

scheint auf der Idee zu beruhen, dass die Dichte weniger im Zentrum ist.

Der Druck im Erdkern könnte mit Ihrer Frage zusammenhängen.

Danke Acid Jazz, wie in dem von Ihnen bereitgestellten Link angegeben, "wird der Druck von der Materie dominiert, die weit vom Zentrum entfernt ist, wo die Schwerkraft nicht Null ist". Ich bin kein Physiker, aber nachdem ich darüber nachgedacht habe, macht das Sinn und negiert, wenn es stimmt, meine Schlussfolgerung.
Hallo Paul, ich denke, Sie sind vielleicht verwirrt mit der Vorstellung, dass Sie schwerelos wären, wenn jemand ein Loch in der Mitte der Erde graben würde? Ja, das würdest du, da die Schwerkraft um dich herum aufgehoben ist. Wenn Sie Newtons Sphere/Shell nachschlagen, ist dies eine interessante Version der gleichen Art von Idee.

Nur zum Spaß, obwohl ich denke, dass dies bereits weitgehend behandelt wurde. Der innere Kern der Erde ist bei weitem der dichteste Teil der Erde (sagen wir 13 Gramm pro CM), aber er ist im Vergleich auch ziemlich klein. Es macht nur etwa 20 % des Erdradius aus (und weniger als 1 % nach Volumen, weniger als 2 % der Masse).

Auf der Oberfläche des Eisenkerns der Erde wären Sie also, wenn Sie die äußeren Schichten ignorieren, 5-mal näher am Schwerpunkt (entspricht einer 25-mal größeren Schwerkraft bei gleicher Masse), aber die Masse beträgt weniger als 1/50 - Am Beispiel der Erde ist die Schwerkraft also tatsächlich geringer.

Quellen: Quelle_1 und Quelle_2

Seltsamerweise denke ich, dass Sie tatsächlich Recht haben könnten, dass sich das Schwarze Loch zuerst im Inneren bilden könnte. Ich bin mir nicht sicher, und es könnte nur passieren, wenn das Innere zu einer viel größeren Dichte kollabiert als die äußeren Schichten und im Wesentlichen kollabieren, wenn die Degeneration oder Degenerationen durch den Druck überwunden werden.

Wenn der Neutronenstern kollabiert, ist es durchaus möglich, dass sich das Schwarze Loch zuerst im Inneren bildet und sich nach außen ausdehnt, wenn die äußere Materie hineinfällt. Aber ich vermute nur. Ich könnte falsch liegen.

Wenn ein Neutronenstern genug Masse ansammelt, beginnt dann ein Schwarzes Loch in seinem Zentrum?
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