Ein Mikro-Schwarzes Loch in die Sonne werfen: Kollabiert es zu einem Schwarzen Loch oder führt es zu einer Supernova?

Das Mikro-Schwarze Loch könnte aufgrund des starken Strahlungsdrucks überhaupt nicht sehr schnell akkretieren.

Die intensive Hawking-Strahlung hätte eine Leuchtkraft von$3.6 \times 10^{14}$W und ein ungefähr isotroper Fluss am Ereignishorizont von$\sim 10^{48}$W m$^{-2}$.

Die Eddington-Grenze für ein solches Objekt ist nur$6 \times 10^{9}$W. Mit anderen Worten, bei dieser Leuchtkraft (oder darüber) bleibt die Akkretion stehen, da Materie durch den Strahlungsdruck vertrieben wird. Es gibt keine Möglichkeit, dass Materie von der Sonne auch nur in die Nähe des Ereignishorizonts gelangt. Wenn das Schwarze Loch nahe dem maximal möglichen rotieren würde, würde die Hawking-Strahlung unterdrückt und eine Akkretion mit der Eddington-Rate zugelassen werden. Aber dies würde das Schwarze Loch dann unter seine maximale Rotationsrate fallen lassen, was zu einer schnell wieder ansteigenden Hawking-Strahlung führen würde.

Wenn das Schwarze Loch verdampft, nimmt die Leuchtkraft zu , sodass das Akkretionsproblem nur noch schwerwiegender werden könnte. Das Schwarze Loch wird in etwa 2000 Jahren vollständig verdampfen. Seine letzten Sekunden würden die in der Sonne erzeugte Energiemenge geringfügig erhöhen, aber unter der Annahme, dass die ultrahochenergetischen Gammastrahlen thermalisieren, wäre dies nicht nachweisbar.

BEARBEITEN: Die Eddington-Grenze ist möglicherweise nicht die geeignete Zahl, da wir glauben könnten, dass der äußere Gasdruck in der Sonne Material in das Schwarze Loch drücken könnte. Die übliche Eddington-Grenze wird unter der Annahme berechnet, dass der Gasdruck klein gegenüber dem Strahlungsdruck ist. Und das ist hier wohl tatsächlich der Fall. Der Gasdruck in der Sonne ist$2.6 \times 10^{16}$Pa. Der nach außen gerichtete Strahlungsdruck in der Nähe des Ereignishorizonts wäre$\sim 10^{40}$Pa. Das Problem ist, dass die Längenskalen hier so klein sind, dass mir unklar ist, ob diese klassischen Argumente überhaupt funktionieren. Aber selbst wenn wir uns für einen makroskopischeren Abstand von 1 Mikrometer vom Schwarzen Loch entscheiden würden, übersteigt der Strahlungsdruck den äußeren Gasdruck immer noch erheblich.

Kurze Antwort: Wir würden es nicht einmal bemerken – es würde nichts passieren.

Bonusfrage: Die Antwort darauf ist, dass es keinen Einfluss auf die Supernova-Rate hat, weil der Mechanismus keine Supernovae verursachen würde. Selbst wenn das Schwarze Loch massereicher wäre und wachsen könnte, wäre die Wachstumsrate langsam und es würde keine explosive Nukleosynthese stattfinden, da das Gas nicht dicht genug wäre, um entartet zu werden.

Die Dinge ändern sich in einem entarteten Weißen Zwerg, wo die erhöhten Temperaturen um ein akkretierendes Mini-Schwarzes Loch eine außer Kontrolle geratene thermonukleare Fusion von Kohlenstoff auslösen könnten, da der Druck in einem entarteten Gas weitgehend unabhängig von der Temperatur ist. Diese Möglichkeit wurde von Graham et al. (2015) untersucht (danke Timmy), die tatsächlich zu dem Schluss kamen, dass Supernova-Raten vom Typ Ia die Dichte von Mikro-Schwarzen Löchern in diesem Bereich einschränken könnten$10^{16}$zu$10^{21}$kg.

Der intensive Fluss der Hawking-Strahlung von ca$10^{13}$Watt wird verhindern, dass sich Sonnenmaterie dem Ereignishorizont nähert. Die Hawking-Strahlung erzeugt also eine kleine Blase, die verhindert, dass sie durch Akkretion wächst.

Das könnte helfen: http://xaonon.dyndns.org/hawking/

10^9 KG ergibt:

eine Temperatur von 1,227203e+14 Kelvin

und einer Leuchtkraft von 3.563442e+14 Watt

und eine Größe, die etwa 500-mal kleiner ist als der Radius eines Protons - das würde eine Absorptionsrate, die der Hawking -Strahlung entspricht, ziemlich schwierig machen, da sie über fünf Größenordnungen heißer ist als das Innere der Sonne und gleichzeitig viel kleiner als ein Atom.

Bei dieser Masse würde ein Schwarzes Loch nicht einmal eine gute Tasche aus sehr dichtem Material schaffen, das durch die Schwerkraft angezogen wird. Bei nur einem Atomradius, selbst im dicht gepackten Zentrum der Sonne, würde ihre Schwerkraft weit über eine Million Mal abnehmen.

Bei dieser Größe ist es auch schwer vorstellbar, dass es sogar signifikante Gezeiteneffekte geben würde. Wenn ein solches Schwarzes Loch existierte und Sie sich ihm nähern könnten (ohne die Hawking-Strahlung zu ignorieren, die es aussendet), müssten Sie etwa 3 Zoll davon entfernt sein, um überhaupt eine 1-G-Kraft von ihm zu spüren - was sich seltsam anfühlen würde weil die Gezeitenkräfte würden schnell von der Gravitation abfallen, aber solange Sie einen angemessenen Abstand einhalten, würde es sich nicht gefährlich anfühlen - vielleicht so, wie es sich anfühlt, einen Magneten zu halten, aber Sie sind der Magnet.

Wenn es Sie jetzt durchdringen würde, würde es wahrscheinlich ein Loch in der Größe einer Kugel hinterlassen - das würde also keinen Spaß machen - und seine Strahlung wäre auch tödlich, aber wenn Sie Abstand halten, würde es gravitativ ziemlich schwach erscheinen, bis Sie sehr waren nah dran.

Wenn Sie also ein Schwarzes Loch wollen, das die Sonne frisst, müssen Sie meiner Meinung nach größer werden – grob geschätzt vielleicht 10 ^ 13 oder 10 ^ 14 kg – geben oder nehmen, und selbst dann würde es meiner Meinung nach dauern lange Zeit, um die Sonne zu essen.

Was nun den Kern angeht, der zum Kollaps führt, hätte ein so kleines Schwarzes Loch keine merkliche Wirkung, aber wenn es größer wird, würden zwei Dinge passieren.

Es könnte einen kleinen Bereich mit höherem Druck erzeugen, im Wesentlichen eine Akkretionsscheibe in der Sonne, und die Bildung der Akkretionsscheibe würde zusätzliche Wärme sowie diese schönen Jets erzeugen, die aus den Polen schießen. Die zusätzliche Hitze würde die Materie wahrscheinlich schneller vom Zentrum der Sonne wegschieben, als die Tasche mit hoher Schwerkraft Dinge darauf zu ziehen würde. Der Nettoeffekt wäre kompliziert, weil Sie in dem lokalisierten Bereich mehr Energie hätten, aber diese mehr Energie würde die Sonne aufheizen, wodurch sich die Sonne ausdehnt. Es würde auch eine Art Rühreffekt durch die Energiestrahlen haben. Die Gesamtwirkung ist für mich sehr schwer zu sagen.

Jetzt, da das Mikro-Schwarze Loch größer wird, würde die Sonne schließlich immer weniger wie eine Sonne aussehen und immer mehr wie eine Akkretionsscheibe mit zwei herausschießenden Jets. Die Zwischenstadien sind kompliziert, aber Anfang (nicht viel Unterschied) und Ende (Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs) sind nicht schwer vorherzusagen.

Nun, auf eine Supernova zu gehen, das glaube ich nicht, weil Schwarze Löcher beim Fressen dabei zu viel Wärme abgeben. Ein Stern wird zu einer Nova, weil der Kern abkühlt und beim Abkühlen kollabiert und kollabiert - nun, Sie kennen den Rest. Ein Schwarzes Loch würde während des Fressens konstante und beständige Wärme liefern, daher sehe ich keinen Mechanismus für einen Nova-Moment - und so funktioniert eine Nova im Grunde - es passiert irgendwie auf einmal. Eine Nova ist wie ein perfekter Sturm, bei dem alles sehr schnell hereinfällt und dann die gesamte Materie von sich selbst abprallt und nach außen explodiert. Ein Kernkollaps ist ein ganz anderes Ereignis als ein Schwarzes Loch mit einer Akkretionsscheibe.

Vielleicht habe ich etwas übersehen, aber das ist meine Meinung zu diesem ziemlich unwahrscheinlichen Szenario, und fürs Protokoll, ich glaube nicht, dass Mikro-Schwarze Löcher existieren.

Es scheint, dass für Weiße Zwerge die Antwort Supernova ist, wenn die Massen groß genug sind: siehe http://arxiv.org/abs/1505.04444 , ein Blog, der das Papier diskutiert, ist hier: http://astrobites.org/2015 /06/03/detonierende-weisse-zwerge-mit-schwarzen-lochern/

Mit der Begründung, dass der obige Link speziell auf Weiße Zwerge eingegangen ist, vermute ich, dass ein Mikro-Schwarzes Loch für die geringere Dichte eines normalen Sterns tatsächlich direkt hindurchgeht und vermutlich etwas Masse gewinnt.

Das Papier diskutiert tatsächlich primordiale Mikro-Schwarze Löcher und sagt „primordiale Schwarze Löcher mit Massen ∼$10^{20}$GM -$10^{24}$gm kann kein wesentlicher Bestandteil der Dunklen Materie sein."