Когда нейтронная звезда набирает достаточную массу, начинается ли в ее центре черная дыра?

Черные дыры (и горизонты событий) не вызваны плотностью. И да, они всегда начинаются в центре, даже когда 100% массы и энергии находится на оболочке далеко от центра.

Первое, что нужно помнить, это то, что вы не «чувствуете» горизонт событий. На самом деле, если бы инопланетяне направлялись к Земле со всех сторон и были бы скрягами (или просто предпочитали брать с собой свои планеты, а не строить космические корабли), то мы могли бы прямо сейчас находиться внутри горизонта событий и даже не знать об этом. ! Вы не чувствуете горизонт событий, и он не формируется из-за большой плотности.

Можно даже иметь бесконечную плотность и все же не сформировать горизонт событий.

Итак, давайте спросим, ​​что такое горизонт событий на самом деле. Во-первых, это поверхность, которая имеет внутреннюю и внешнюю стороны. Во-вторых, это односторонняя поверхность. Вещи могут идти снаружи внутрь, но не наоборот. В-третьих, наблюдатели, которые остаются снаружи, никогда не заглянут внутрь не потому, что у вас есть клетка Фарадея или что-то, что блокирует свет, а из-за геометрии, не позволяющей даже скорости света пересекать горизонт.

Вы можете думать о горизонте как о чем-то, что само проходит мимо любого события со скоростью света, уходящей наружу.

Например, если у вас есть наблюдатель, который ускоряется с постоянной скоростью (и направлением), так что в пространстве Минковского у него было бы гиперболическое понятие, тогда у этого наблюдателя есть горизонт, граница между событиями, которые он видит, и теми, которые он никогда не видит. И это совершенно нормальная поверхность, движущаяся в фиксированном направлении со скоростью света.

Это «последний звонок», например, если вы пошлете световой сигнал сейчас, вы в конечном итоге сможете связаться с этим наблюдателем, но если вы подождете после этого события, вы никогда не доберетесь до него. Это не похоже на «вещь» как таковую.

Таким образом, гигантская оболочка материи рушилась вокруг вас, а вы были обычной материей, и оболочка медленно сжимается, и может быть точка, в которой она становится слишком концентрированной (слишком много внутри по сравнению с площадью поверхности ) . Тогда со стороны это будет похоже на черную дыру. Черная дыра — это горизонт событий.

По сути, это группировка всех наблюдателей, которые остались снаружи, и отметка точки, когда вы можете связаться с ними, а когда нет.

Например, в приведенном выше примере, если вы не хотите, чтобы инопланетяне атаковали вас со всех сторон и заманили вас в ловушку внутри черной дыры, вы можете отправить им сообщение, и если вы отправите его достаточно рано, вы можете сказать им, чтобы они перестали сжиматься (будь то они обязуются, конечно, на их усмотрение).

В какой-то момент, если бы вы не отправили сообщение, сейчас было бы слишком поздно. Ваше сообщение не дойдет до них вовремя. Вы слишком долго ждали. Это событие, в котором формируется горизонт событий. В центре, в данный момент вы слишком долго ждали. Он расширяется со скоростью света во всех направлениях. Он может сливаться с другими горизонтами событий, которые также начинались с событий, а затем начали расширяться со скоростью света. В конце концов он расширяется и достигает поверхности.

Если бы поверхность находилась далеко от центра, то могло бы пройти очень много времени, прежде чем сформировалась бы сингулярность. Но горизонт событий начинался, как только было слишком поздно (в зависимости от местоположения), чтобы выйти наружу.

Таким образом, вы можете даже иметь совершенно пустой сферический шар, а затем иметь снаружи бесконечно плотную оболочку из массы. Пока у вас не слишком много массы на единицу площади поверхности, все в порядке. Таким образом, масса, бесконечная на единицу объема, но все же конечная на единицу площади, учитывая, что площадь больше, чем$4\pi (2m)^2$для массы$m$, все еще будет хорошо. Но если оболочка сжимается, чтобы иметь слишком маленькую площадь поверхности, она поглощается горизонтом событий.

В этом случае горизонт событий будет начинаться в центре и как раз в то время, когда ему нужно расшириться, чтобы стать границей вокруг оболочки до того, как будет достигнута критическая масса на единицу площади (а не после , и, таким образом, навсегда оказаться в ловушке внутри).

И точный критический момент на самом деле просто зависит от геометрии. Все это просто геометрия! В тот момент, когда геометрия перестает ускользать, формируется горизонт. Он расширяется со скоростью света (иначе вы могли бы пересечь его). И это происходит для инерциальной системы отсчета. В конце концов доходит до того, что расширяться со скоростью света означает оставаться в месте с такой же локальной геометрией. Когда он достигает критической поверхности, он может расширяться со скоростью света и иметь одинаковую геометрию снаружи и внутри. И эта пойманная поверхность на самом деле делает горизонт событий «прилипающим».

Таким образом, по сути, горизонт начинается внутри и продолжает расширяться, пока не достигнет «снаружи», а затем просто «прилипает» к нему.

Ваш вопрос неявно предполагает, что выше некоторой критической плотности область пространства схлопнется в черную дыру. Что ж, давайте найдем эту плотность:

Радиус Шварцшильда равен :

а плотность определяется как:

Которое значит что

Это проблематично, потому что плотность зависит от массы... Но из этого соотношения мы видим, что по мере увеличения массы критическая плотность на самом деле уменьшается ! Вместо этого попробуем найти плотность через радиус:

Как видите, у нас аналогичная зависимость: по мере увеличения радиуса критическая плотность все равно уменьшается.

Это не полный ответ, потому что комментарии HDE охватывают вашу основную мысль (я думаю), это просто ответ на ваш первый вопрос:

У менее плотных тел, таких как Земля и Солнце, центр имеет меньшую гравитацию / плотность (поскольку центр окружает одинаковое количество массы, вытягивающей его со всех сторон).

Оценка плотности различных слоев Земли

Плотность земных слоев

Оценки различаются, но некоторые приблизительные значения должны быть следующими (в граммах на кубический сантиметр):

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

Остальная часть вашего вопроса:

Точнее, не будут ли группы кварков сливаться выше критической плотности, начиная с самой плотной части нейтронной звезды (оболочки, окружающей ее ядро), в результате чего образуется оболочка из сливающихся микроскопических черных дыр, окружающих ядро ​​кварк-глюонного супа технически все еще вне горизонта событий, пока его не достигнут сливающиеся черные дыры?

кажется, основано на идее, что плотность меньше в центре.

Давление в ядре Земли может быть связано с вашим вопросом.

Просто для удовольствия, хотя я думаю, что это уже в значительной степени освещено. Внутреннее ядро ​​Земли, безусловно, является самой плотной частью Земли (скажем, 13 граммов на сантиметр), но по сравнению с ней оно довольно маленькое. Это всего около 20% Земли по радиусу (и менее 1% по объему, менее 2% по массе).

Итак, на поверхности железного ядра Земли, игнорируя внешние слои, вы были бы в 5 раз ближе к центру тяжести (что соответствует 25-кратной большей гравитации при равной массе), но масса меньше 1/50 - так что гравитация на самом деле ниже, если взять Землю в качестве примера.

Источники: Source_1 и Source_2

Хотя, как ни странно, я думаю, что на самом деле вы можете быть правы в том, что черная дыра может образоваться сначала внутри. Я не уверен, и это могло бы произойти только в том случае, если бы внутренняя часть разрушилась до гораздо большей плотности, чем внешние слои, по существу подвергаясь коллапсу, поскольку вырождение или вырождения преодолеваются давлением.

Поскольку нейтронная звезда подвергается коллапсу, вполне возможно, что черная дыра сначала формируется внутри и расширяется наружу по мере падения внешней материи. Но я просто теоретизирую. Я могу ошибаться.