มวลของหลุมดำเมื่อเทียบกับดาวฤกษ์แม่


13

ช่วงมวลเปอร์เซ็นต์ของดาวฤกษ์แม่นั้นถูกทิ้งไว้ในหลุมดำที่เป็นดาวฤกษ์โดยตรงหลังการก่อตัวของมัน

ปัจจัยใดที่กำหนดจำนวนนี้สำหรับกรณีเฉพาะ


ฉันคิดว่าคุณไม่น่าจะได้รับคำตอบที่ดีเพราะหลุมดำมักจะก่อตัวโดยตรงจากการยุบตัวของดาวฤกษ์ดวงเดียว บ่อยครั้งที่พวกมันก่อตัวในเส้นทางที่ซับซ้อนกว่าและคุณอาจไม่สามารถระบุดาวฤกษ์แม่ดวงเดียวซึ่งส่งผลให้เกิดหลุมดำสุดท้าย
zephyr


1
@ zephyr คุณได้รับมุมมองนั้นจากที่ไหน แน่นอนว่าหลุมดำไบนารีอาจรวมเข้าด้วยกัน แต่ไม่มีใครรู้ว่าเป็นเรื่องธรรมดาเพียงใดสำหรับประชากรหลุมดำที่มีมวลประมาณ 10 เท่าของมวลดวงอาทิตย์
Rob Jeffries

คำตอบ:


9

ไม่มีมติทั่วไปเกี่ยวกับเรื่องนี้ แบบจำลองวิวัฒนาการที่แตกต่างกันให้ผลลัพธ์ที่ต่างกัน ปัจจัย (นอกเหนือจากมวลเริ่มต้นของดาวฤกษ์) ที่ส่งผลต่อมวลหลุมดำสุดท้ายจะเป็นอัตราการหมุนของต้นกำเนิดองค์ประกอบของมัน (หรือโลหะ) และไม่ว่ามันจะอยู่ในระบบเลขฐานสองหรือไม่และระบบเลขฐานสองนั้น ก็สามารถถ่ายโอนมวล

การหมุนนั้นถือว่ามีความสำคัญเนื่องจากจะมีผลต่อการผสมภายในและดังนั้นอัตราที่เชื้อเพลิงถูกส่งไปยังแกนกลางและหนูซึ่งวัสดุที่ผ่านกระบวนการแปรรูปจะขึ้นสู่ผิวน้ำส่งผลกระทบต่อองค์ประกอบในชั้นบรรยากาศ นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มการสูญเสียมวล

องค์ประกอบนี้มีความสำคัญเนื่องจากการสูญเสียมวลเกิดจากการแผ่รังสีและความทึบแสงของรังสีจะสูงขึ้นสำหรับองค์ประกอบที่เป็นโลหะสูง

ชุดการคำนวณโดยHeger และคณะ (2003)เป็นหนึ่งในผลงานที่เป็นที่ยอมรับในเรื่องนี้ ด้านล่างเป็นพล็อตของมวลเริ่มต้นและมวลที่เหลืออยู่สำหรับดาวฤกษ์ที่มีความอุดมสมบูรณ์ดั่งเดิมของปังใหญ่

อัตราส่วนของเส้นสีแดงต่อจุด "ไม่มีการสูญเสียจำนวนมาก" ให้ส่วนที่คุณอยู่หลัง ดาวฤกษ์ในศูนย์โลหะวิทยา (ดั้งเดิม) จะเพิ่มขึ้นจาก 10-40% สำหรับมวลเริ่มต้นของมวลดวงอาทิตย์ 25-100 ดวงและอาจสูงกว่าสำหรับดาวฤกษ์ที่มีมวลสารมวลมหาศาล 3 เท่า (ฉันเน้นว่าสิ่งเหล่านี้เป็นผลทางทฤษฎี )

สำหรับดาวโลหะวิทยาพลังงานแสงอาทิตย์ผลลัพธ์จะแตกต่างกันเล็กน้อย อัตราส่วนของเส้นสีแดงต่อเส้นประแตกต่างกันไปจาก 10-25% สำหรับมวลดวงอาทิตย์ 25-40 แต่ก็ยังไม่ชัดเจนว่าหลุมดำสามารถก่อตัวได้ที่มวลที่สูงกว่าเนื่องจากอัตราการสูญเสียมวลสูงกว่ามากหรือไม่ ความแตกต่างระหว่างเส้นประกับเส้นโค้งสีน้ำเงิน)

ความสัมพันธ์ของโลหะเป็นศูนย์

ความสัมพันธ์ของโลหะวิทยาพลังงานแสงอาทิตย์


5

คำถามของคุณเกี่ยวกับการก่อตัวของหลุมดำมวลดาวฤกษ์ซึ่งเกิดจากการระเบิดซูเปอร์โนวา Type II หรือ Type Ib สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อแกนกลางของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ยุบตัวจากแรงโน้มถ่วงของมันเองทำให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานอย่างรวดเร็วผ่านปฏิกิริยานิวเคลียร์ สิ่งนี้ส่งพลังงานจำนวนมหาศาลในรูปของโฟตอนและนิวตริโนไปยังส่วนที่เหลือของดาวซึ่งส่งผลให้ดาวระเบิดขึ้น บริเวณแกนกลางนี้กลายเป็นดาวนิวตรอนหรือเมื่อมวลของแกนกลางนี้สูงพอจะยุบตัวลงในหลุมดำโดยตรง ในขณะที่ดาวฤกษ์ที่สามารถระเบิดผ่านช่องทางนี้นั้นหาได้ยากในทางช้างเผือกกล่าวคือเมื่อเปรียบเทียบกับดาวฤกษ์เช่นดวงอาทิตย์ของเรามีแนวโน้มว่าดาวนิวตรอนและหลุมดำมวลดวงดาวที่ก่อตัวขึ้นจากกระบวนการนี้

ดาวฤกษ์ที่ระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวานั้นมีมวลมหาศาลโดยมีมวลอย่างน้อยประมาณ 8 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ผู้ที่สร้างหลุมดำในใจกลางนั้นสูงกว่าปกติมากกว่า 20 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ (จำนวนนี้แน่นอน ... ฟิสิกส์นิวเคลียร์บางส่วนในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเหล่านี้ไม่แน่ใจ)

รูปที่ 2 ของบทความนี้อาจทำให้แสง (... ) กับคำถามของคุณ บทความนี้จัดทำชุดรูปแบบวิวัฒนาการที่เป็นตัวเอกเพื่อติดตามว่ามีมวลเท่าใดถูกขับไล่ออกไปในระหว่างการระเบิดและจำนวนที่เหลืออยู่หลังจากการระเบิด แกนแนวนอนให้มวลดั้งเดิมของดาว (เป็นหน่วยของมวลของดวงอาทิตย์เช่นค่า 10 หมายถึง 10 เท่าของมวลดวงอาทิตย์) และวงกลมที่เป็นของแข็งจะระบุมวลสุดท้ายของเศษซากที่เหลืออยู่ - ซึ่งก็คือ ไม่ว่าจะเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ แกนแนวตั้งให้มวลของเศษที่เหลืออยู่ น่าเสียดายที่พวกเขาตัดสินใจที่จะใช้พื้นที่ลอการิทึมสำหรับแกนตั้งแม้ว่าช่วงนั้นจะมีขนาดเพียงลำดับเดียวเท่านั้น ดังนั้นเพื่อให้ได้ปริมาณจริงคุณต้องยกเลิกลอการิทึมฐาน 10 ตัวอย่างเช่นหากจุดสีดำมีค่า 0.3 บนแกนแนวตั้งมวลของเศษที่เหลือจะเท่ากับ 10 ^ (0.3) = 2.0 เท่ามวลดวงอาทิตย์ ค่า 0.6 จะเท่ากับ 10 ^ (0.6) = 3.98 เท่ามวลดวงอาทิตย์ ฯลฯ พวกเขาพิจารณากลไกที่แตกต่างกันหลายอย่างสำหรับการระเบิดที่มวลสูงกว่า (จำไว้ว่าสิ่งต่าง ๆ มีความไม่แน่นอนมากขึ้นเมื่อดาวฤกษ์ใหญ่ขึ้น) ซึ่งเป็นสาเหตุ ค่าแนวนอนบางค่ามีจุดสีดำหลายจุด หากคุณอยากรู้อยากเห็นการระเบิดที่อ่อนแอสามารถปล่อยให้วัสดุบางส่วนหล่นลงไปยังส่วนที่เหลือซึ่งส่งผลให้เกิดจุดดำที่สูงขึ้นบนพล็อต

โดยไม่คำนึงถึงคุณจะเห็นได้ว่าตัวอย่างเช่นดาวมวลดวงอาทิตย์จำนวน 20 ดวงสร้างส่วนที่เหลือ 10 ^ (0.3) = 2 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ดาวมวลดวงอาทิตย์ 30 ดวงอาจสร้างเศษซากที่อยู่ระหว่าง 2 ถึง 4 เท่ามวลดวงอาทิตย์ ในทุกกรณีมวลดั้งเดิมของดาวส่วนใหญ่จะหายไป

คุณอาจมองไปที่เนื้อเรื่องของบทความนี้ด้วยเช่นกัน บทความนี้ดูเหมือนว่าจะทำหน้าที่ระมัดระวังมากขึ้นเล็กน้อย อย่างไรก็ตามกระดาษทั้งสองยังให้ภาพพื้นฐานแก่คุณ

(นอกเหนือจาก: รูปที่ 2 สำหรับดาว 'โซลาร์เมทัลลิตี้' ซึ่งหมายถึง 'ดาวที่คุณอาจพบในทางช้างเผือก' รูปที่ 1 สำหรับดาวที่จะก่อตัวขึ้นในเอกภพยุคแรกก่อนองค์ประกอบจำนวนมากที่ฮีเลียมมีอยู่ ถูกสร้างขึ้น.)

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.