Белые карлики обычно не коллапсируют, так как имеют давление вырождения электронов из-за принципа запрета Паули. Однако если аккрецировать массу за пределом Чандрасекара, электронам энергетически выгодно объединяться с протонами и образовывать нейтроны. Это дает нам нейтронную звезду.
Однако нейтронные звезды обычно не коллапсируют в черные дыры из-за давления вырождения нейтронов. Как возможно, что за пределом LOV принцип запрета Паули больше не предотвращает коллапс? Разве это не должно по-прежнему препятствовать дальнейшему сжатию нейтронов, которые являются фермионами?
Я видел ответы, связанные с кварковыми звездами, но они чисто гипотетические. Каково наиболее приемлемое объяснение этого?
Описанный вами сценарий может иметь место. С другой стороны, вполне возможно, что нейтронизация белого карлика является триггером термоядерной сверхновой типа Ia.
Возможно, вы неправильно понимаете принцип исключения Паули (PEP). PEP утверждает, что никакие два фермиона не могут занимать одно и то же квантовое состояние, а не то, что они не могут занимать одно и то же пространство или быть сжаты до любой плотности, какой вам нравится. Квантовые состояния здесь состоят из двух спиновых состояний для каждого возможного импульсного состояния. В вырожденном газе все эти состояния заполнены до энергии Ферми. Все, что происходит, когда нейтронная звезда становится меньше (или коллапсирует), заключается в том, что энергия Ферми просто продолжает увеличиваться по мере роста плотности нейтронов, и, как следствие, давление вырождения нейтронов продолжает увеличиваться.
Однако в общей теории относительности давление (как и масса/энергия) является источником гравитационного искривления и фактически увеличивает требуемый градиент давления, необходимый для поддержки звезды. При определенном пороговом радиусе, который в несколько раз больше, чем радиус Шварцшильда, достигается точка нестабильности, при которой увеличение давления фактически контрпродуктивно. Кроме того, вы можете сделать давление сколь угодно большим, и это не помешает образованию черной дыры.
Даже внутри BH не обязательно проблема с PEP. Вы можете сжать фермионы до бесконечной плотности, если они могут иметь бесконечный импульс.
С точки зрения неспециалиста, принцип запрета Паули не нужно преодолевать, чтобы образовалась черная дыра. Нейтронная звезда определенного размера естественным образом сожмется ниже радиуса Шварцшильда. Это нетрудно увидеть. На самом деле, подобно белым карликам, нейтронные звезды уменьшаются в радиусе по мере увеличения массы. Максимальная масса не должна превышать 2,5 массы Солнца или около того, после чего Нейтронная звезда не сможет избежать превращения в черную дыру.
Релятивистские эффекты усложняются, например, что именно происходит при 100% замедлении времени и выше.
__
Теперь, что касается того, что происходит внутри черной дыры, я могу сделать два общих замечания. Во-первых, по мере того, как нейтроны (кварковая материя, чем бы она ни была) становятся все более компактными, вес и сила для ее дальнейшего уплотнения продолжают увеличиваться. Это довольно очевидно. Это почти становится вопросом непреодолимой силы (веса и гравитации) против неподвижного объекта (исключение Паули). Проблема точного знания того, что происходит, по существу является проблемой сингулярности. Математика ломается. Я не думаю, что кто-то знает.
Еще один способ, который мне нравится смотреть на это, заключается в том, что глюоны, как и фотоны, движутся со скоростью света. Внутри черной дыры глюоны, как и фотоны, будут притягиваться к центру, не имея возможности летать наружу, и это свойство может значительно уменьшить размер протона или нейтрона до размера . . . может электрон?? но опять же, кто знает? Может быть, какое-то квантовое туннелирование поддерживает размер нейтронов в некоторой степени постоянным, но гравитационная скорость убегания, превышающая скорость света, может значительно уменьшить более стандартный/наблюдаемый размер нейтронов. (Я думаю).
Я знаю, что вы просили наиболее приемлемое объяснение, и я коснулся этого только с точки зрения непрофессионала, поэтому, надеюсь, кто-то с большим мозгом, чем я, ответит на этот вопрос более точно на ваш конкретный вопрос.
Я понимаю, почему вы проводите сравнение с белыми карликами, но на самом деле мы еще недостаточно хорошо понимаем эффекты гравитации и давления при таких плотностях, чтобы быть в состоянии знать наверняка, коллапсирует ли аккрецирующая нейтронная звезда прямо в черную. отверстие или перейти в какую-то промежуточную фазу, как кварковые звезды, о которых вы упомянули.
Насколько меня всегда учили, принято считать, что принцип запрета Паули работает только до определенного момента, и как только гравитация преодолевает его, звезда коллапсирует в сингулярность и образует черную дыру. Во время учебы на бакалавриате я не слышал упоминания о кварковых звездах или каких-либо других промежуточных ступенях (хотя не то, чтобы я искал).
Чтобы образовалась черная дыра, тело должно иметь радиус, меньший предела Шварцшильда. Если тело имеет массу более 3,2 массы Солнца, то теоретическое поведение нейтрона таково, что сила, действующая на нейтроны из-за давления коллективной массы звезды, заставит нейтрон коллапсировать. Тогда способ, которым нейтронная звезда может образовать черную дыру, заключается в наличии звезды-компаньона, которая отдает материю нейтронной звезде. Если масса нейтронной звезды близка к массе в 3,2 массы Солнца, то звезда теоретически схлопнется в черную дыру, когда будет аккрецировано достаточно вещества, чтобы превысить критический предел.
Предостережение заключается в том, что во Вселенной нет силы, способной ускорить энергию быстрее скорости света. Когда нейтрон коллапсирует, его поверхность должна ускоряться со скоростью, превышающей скорость света, так что на самом деле это недопустимо. Альтернативная теория состоит в том, что материя не коллапсирует в орех черной дыры, а существует с плотностью энергии, которая чуть выше предела Шварцшильда. На самом деле недавние наблюдения, сделанные Лиго за столкновением черных дыр, и недавние наблюдения за столкновением газового облака G2 Стрельца A * на самом деле гораздо лучше соответствуют этой модели, чем эти объекты на самом деле являются настоящими черными дырами. Когда газовое облако G2 взаимодействовало со Стрельцом A*, оно не создавало большого выхода энергии, скорее имело место лишь небольшое выделение энергии, соответствующее черной звезде, которая существует в энергетическом состоянии чуть выше своего истинного горизонта событий. Эти объекты не излучают свет и поэтому практически неотличимы от черных дыр, за исключением случаев, когда они взаимодействуют с другими объектами.
Когда LIGO впервые наблюдал гравитационную волну, произошел небольшой гамма-всплеск через 0,04 секунды после удара гравитационной волны. При слиянии черных дыр не должно быть гамма-всплесков. В июне 2016 года была написана статья, в которой использовались статистические модели, чтобы предположить, что гамма-всплеск не возник. (Чья-то работа была поставлена на карту.) Когда вы посмотрите на метод, который они использовали, он практически исключает любое возможное наблюдение гамма-всплеска, связанного со слиянием темных звезд, из-за слабого гамма-всплеска, который он производит. Таким образом, в будущем не может наблюдаться слияние черных дыр, связанное с наблюдением гравитационных волн, если только это не слияние нейтронных звезд, которое производит гораздо больший гамма-всплеск. Недавно LIGO объявила именно о таком событии, когда слились две нейтронные звезды, и это совпало с GRB.
Проблема с созданием черных дыр заключается в том, что материя на горизонте событий или просто энергия должны ускоряться быстрее скорости света, что не допускается теорией относительности. Возвращение состоит в том, что само пространство-время сжимается быстрее скорости света. Тогда следует задаться вопросом, как это могло произойти, если теория относительности не допускает сверхсветовых скоростей. Чтобы разогнать пространство-время до сверхсветовых скоростей, что-то должно было притянуть пространство-время к этому ускорению. Но это не разрешено. На самом деле наблюдения показывают, что, скорее всего, черные дыры не существуют в природе. Чтобы подтвердить это, поиск внеземных планет не обнаружил ни одной черной дыры, вращающейся вокруг других звезд. С 1968 года где-либо было найдено всего около 20 кандидатов в черные дыры звездной массы. Если они существуют, то где они? Каждое сделанное наблюдение согласуется с черными звездами, и только математические модели согласуются с черными дырами.
МЫ также должны принять во внимание, что настоящая теория предсказывает, что черные дыры взорвутся в конце своей жизни, когда они испарятся. Никаких всплесков энергии такого рода не наблюдалось, и все же они должны быть, если теория верна. Мы также должны учитывать, что ЦЕРН должен был производить черные дыры на тех уровнях энергии, которые они использовали, а черные дыры не были созданы. Этого не ожидалось.
Бумага с черными звездами. https://arxiv.org/pdf/1611.03853.pdf
Лучшее решение проблемы неуправляемой конечной точки https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.77.044032
Статистический трюк и логика, используемые для устранения будущих наблюдений за слиянием черных звезд
Несобытие столкновения Стрельца A* G2 http://earthsky.org/space/milky-ways-black-hole-more-active
Дин
Сэр Камференс
Джеймс К.
Сэр Камференс