การก่อตัวดาวรอบหมุนหลุมดำ?

โปรดแก้ตัวคำถามมือสมัครเล่น ในขณะที่พยายามคิดอะไร แต่สิ่งที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการทางทันตกรรมจิตใจของฉันหันไปใช้แบบจำลองของดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้กับหลุมดำหมุนและผลกระทบที่เกิดขึ้นกับสสาร

ในขณะที่มันเป็นที่ชัดเจนว่าเรื่องดังกล่าวจะตื่นเต้นที่อุณหภูมิสูงการรวมกันของการหมุนและการกระตุ้นจะเพียงพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นที่ยั่งยืนหรือไม่

ถ้าเป็นเช่นนั้นจะสร้างพลังงานมากพอที่จะรักษา 'ฟิวชั่น' ที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ - โดยพื้นฐานแล้วเป็นดาวโดนัท

จะมีปฏิกิริยาพอที่จะเริ่มผลิตองค์ประกอบที่เบากว่านี้หรือไม่?

ความอยากรู้บริสุทธิ์ที่เกิดจากความพยายามที่จะเบี่ยงเบนความสนใจตัวเอง

การเพิ่มขึ้นของวัสดุบน (เข้าไป) หลุมดำ (และดาวนิวตรอน) ให้สภาพแวดล้อมที่มีทั้งร้อนและหนาแน่น (ค่อนข้าง) ภายใต้สถานการณ์เหล่านี้มีความเป็นไปได้ที่นิวเคลียร์ฟิวชั่นจะเกิดขึ้นคำถามก็คือว่าสิ่งนี้มีความสำคัญทั้งที่กระฉับกระเฉงหรือเป็นวิธีการผลิตองค์ประกอบทางเคมีใหม่ (นิวคลีโอซิน)

คำตอบของคำถามแรกเหล่านี้ค่อนข้างตรงไปตรงมา เมื่อวัตถุตกลงสู่หลุมดำโมเมนตัมเชิงมุมของมันจะทำให้มันกลายเป็นดิสก์สะสมมวลสาร กระบวนการที่หนืดให้ความร้อนกับดิสก์และให้แรงบิดทำให้วัสดุสูญเสียพลังงานและโมเมนตัมเชิงมุมและในที่สุดก็ยอมให้มันตกลงไปในหลุมดำ พลังงานศักย์โน้มถ่วง (GPE) ส่วนใหญ่ได้มาจากการที่วัสดุตกลงสู่หลุมดำทำให้ความร้อนของวัสดุสิ้นสุดลง

$=6GM/c^2$$M$$m$$\sim GMmc^2/6GM = mc^2/6$

เปรียบเทียบกับฟิวชั่นนิวเคลียร์ การรวมตัวของไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมจะปล่อยมวลที่เหลือเพียง 0.7% เป็นพลังงานที่สามารถทำให้ดิสก์ความร้อนเพิ่มขึ้น

ดังนั้นจากมุมมองที่มีพลังปฏิกิริยาฟิวชั่นจึงน้อยมากเว้นแต่ว่ามันจะเกิดขึ้นได้ไกลกว่ามากในดิสก์

คำถามเกี่ยวกับผลตอบแทนจากการสังเคราะห์ด้วยนิวเคลียสนั้นซับซ้อนกว่ามาก ยิ่งหลุมดำมีมวลมากขึ้นเท่าใดและยิ่งมีอัตราการสะสมมากขึ้นโดยทั่วไปแล้วอุณหภูมิและความหนาแน่นของดิสก์ก็จะสูงขึ้นและอัตราการหลอมรวมก็จะสูงขึ้น แต่มันก็ขึ้นอยู่กับรายละเอียดของกระบวนการทำความเย็นที่เป็นไปได้และปริมาณวัสดุที่ถูกฝังลงในหลุมดำ Hu & Peng (2008)นำเสนอรูปแบบการเพิ่มบางส่วนของหลุมดำมวล 10 เท่าของดวงอาทิตย์และแนะนำว่าอาจเป็นไปได้ที่จะสร้างไอโซโทปที่หายากบางชนิดด้วยกลไกนี้ หลุมดำขนาดเท่าดาวฤกษ์น่าจะต้องการอัตราการเพิ่มของซุปเปอร์ดิดิงตันอย่างมากเพื่อให้ได้อุณหภูมิที่จำเป็นต่อการหลอมรวมของนิวเคลียร์แฟรงเคิล (2016) อัตราดังกล่าวมีแนวโน้มเฉพาะในกรณีที่หลุมดำรบกวนคู่หูไบนารีมากกว่าไหลผ่านการเพิ่มการคงตัว

ความร้อนในดิสก์สะสมมวลชนเกิดขึ้นเนื่องจากแรงเสียดทานและแรงเสียดทานเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อมีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ ดังนั้นในดิสก์สะสมมวลสารอนุภาคจำนวนมากกำลังเคลื่อนที่สัมพันธ์กันด้วยความเร็วสูงดังนั้นการฟิวชั่นไม่ควรเกิดขึ้นเพราะสำหรับอนุภาคนั้นควรมารวมกัน แม้แต่ในดาวฤกษ์ (เช่นดวงอาทิตย์ของเรา) มวลของดาวไม่เพียงพอที่จะสร้างฟิวชั่นและมันต้องการความช่วยเหลือในการขุดอุโมงค์ควอนตัมดังนั้นเราจึงไม่สามารถบอกได้ว่าความกดดันนั้นมีอยู่ภายในดิสก์สะสมมวลสารนั้นเพื่อเอาชนะแรงผลัก