Gibt es eine Möglichkeit, dass sich ein weißer Zwerg in einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch verwandeln kann?

Ich weiß, dass ein Weißer Zwerg hauptsächlich durch den Druck der Elektronendegeneration ausgeglichen wird und dass er als Supernova vom Typ I explodiert, wenn er mehr als 1,4 Sonnenmassen aus einer beliebigen Quelle (wie einem Begleitstern oder einer Kollision) gewinnt. Aber gibt es eine Möglichkeit, dass sich ein weißer Zwerg in einen Neutronenstern (oder möglicherweise ein Schwarzes Loch) verwandeln kann?

Die Antwort lautet: zu einem Neutronenstern - möglicherweise; zu einem schwarzen Loch, nein.

Der Prozess, bei dem ein Neutronenstern gebildet wird, ist als akkretionsinduzierter Kollaps bekannt und wird ernsthaft diskutiert, insbesondere im Fall von weißen Zwergen, die am oberen Ende des "natürlichen Massenbereichs" für weiße Zwerge geboren werden und dann mehr Masse ansammeln als Teil eines binären Systems. Eine ausgezeichnete Lektüre sind die einleitenden Abschnitte von Taurus et al. (2013) , die die Motivation, den Prozess und (begrenzte) Beobachtungsergebnisse durchlaufen. Siehe auch Schwab et al. (2015) ; Ruiter et al. (2018) .

Explosion gegen Zusammenbruch

Ein weißer Zwerg kann auf die Ansammlung von Material reagieren, indem er explodiert oder zusammenbricht. Dies hängt von der Konkurrenz zwischen der bei Fusionsreaktionen freigesetzten Energie und der Energie ab, die durch endotherme Elektroneneinfangreaktionen (auch als Neutronisierungsreaktionen bezeichnet) weggesperrt wird.

Wenn thermonukleare Reaktionen ausgelöst werden, ist das wahrscheinliche Ergebnis eine außer Kontrolle geratene Kernreaktion - der Druck im Inneren des Sterns steigt nicht schnell genug an, um zu verhindern, dass der gesamte Stern fusioniert. Die freigesetzte Energie übersteigt die Gravitationsbindungsenergie und das wahrscheinliche Ergebnis ist eine Supernova vom Typ Ia.

Andererseits wird der Weiße Zwerg durch Elektronendegeneration unterstützt. Wenn im Kern eine Neutronisierung auftritt, fangen Protonen (in Kernen) Elektronen ein, um Neutronen zu bilden. Dies destabilisiert den Stern und führt zum Zusammenbruch. Der Zusammenbruch würde (schnell) ähnlich wie eine Kernkollaps-Supernova ablaufen. Die Kerne würden dissoziieren, die Neutronisierung würde nahezu abgeschlossen sein und der Kollaps würde durch die Bildung eines Neutronensterns gestoppt.

Es besteht kaum die Möglichkeit, dass durch einen solchen Zusammenbruch ein Schwarzes Loch entsteht. Das kollabierende Objekt hätte eine Größenordnung von 1,4 Sonnenmassen und wäre bequem kleiner als die maximale Masse der beobachteten Neutronensterne (mindestens 2 Sonnenmassen). Daher wird der Kollaps an der Neutronensternphase gestoppt.

Weiße Zwerge von mäßiger Masse

$4\times 10^{13}$$^3$$1.38M_{\odot}$

Dies bedeutet, dass in einem C / O-WD, das viel Materie angesammelt hat, die Zündung in C im Kern stattfinden oder in He (bei noch geringeren Dichten) an der Basis einer tief angesammelten Materialhülle ausgelöst werden kann . Das Ergebnis wäre wahrscheinlich eine außer Kontrolle geratene Kernfusion und die vollständige Zerstörung des Sterns.

Massivere weiße Zwerge

$8-10M_{\odot}$$>1.2M_{\odot}$$1.9\times10^{13}$$6\times 10^{12}$$3\times 10^{12}$$^3$jeweils (alle niedriger als für C, insbesondere für Ne und Mg). Dies bedeutet, dass ein O / Ne / Mg-WD möglicherweise sehr wenig Masse ansammeln muss, um diese zentrale Dichte zu erreichen. Beginnen Sie mit der Neutronisierung, was zum Kollaps führt. Wenn solche Dichten nicht ausreichen, um eine C-Verbrennung in einem C / O-WD auszulösen, sind sie aufgrund der stärkeren Coulomb-Abstoßung sicherlich nicht hoch genug, um eine Verbrennung in O / Ne / Mg auszulösen. Wenn sich wenig Masse ansammelt, gibt es keine tiefe Hülle aus angesammeltem Material, in der sich das Brennen außermittig entzünden kann.

Aus all diesen Gründen kann es wahrscheinlicher sein, dass O / Ne / Mg-WDs ( Liu et al. 2018 ; siehe auch Wang 2018 ) kollabieren als explodieren (der Kollaps würde jedoch eine Art Kernkollaps-Supernova verursachen).

Tritt ein durch Akkretion verursachter Kollaps auf?

Derzeit gibt es nur indirekte Beweise. Wenn wir kürzlich gebildete Neutronensterne betrachten, die als sich schnell drehende Pulsare identifiziert werden, sehen wir, dass sie im Allgemeinen sehr hohe Geschwindigkeiten haben. Es wird angenommen, dass diese Geschwindigkeiten aus einem asymmetrischen "Kick" resultieren, der von einer Typ-II-Kernkollaps-Supernova geliefert wird. Dies legt wiederum nahe, dass es ziemlich schwierig sein könnte, einen Neutronenstern in einem binären System zu halten, aber es wird beobachtet, dass sich viele Neutronensterne in binären Systemen befinden, und viele von diesen, insbesondere die Millisekundenpulsare, haben vermutlich einen signifikanten Stoffübergang in die Vergangenheit.

Ein weiterer Beweis ist die Beibehaltung einer signifikanten Population von Neutronensternen in Kugelhaufen. Auch hier könnte erwartet worden sein, dass die Tritte die meisten davon ausstoßen. Darüber hinaus gibt es eine Reihe von Beispielen, die "jung" zu sein scheinen, da das Verhältnis ihrer Spinperioden zur Rate des Spinabfalls darauf hinweist, dass sie kürzlich gebildet wurden. Da es in Kugelhaufen keine Sterne mit hoher Masse gibt und daher keine möglichen Vorläufer für diese Objekte über den Kernkollaps massereicher Sterne vorliegen, ist ein durch Akkretion induzierter Kollaps eines weißen Zwergs mit hoher Masse möglich.

Nicht für die meisten weißen Zwerge, da sie normalerweise mit schmelzbarem Material (insbesondere Kohlenstoff und Sauerstoff) gefüllt sind. Wenn solches Material einen Gravitationskollaps erleidet, erwärmt es sich und verschmilzt, wodurch die Supernova vom Typ Ia entsteht und aufgrund der Intensität der Explosion nichts zurückbleibt. Einige weiße Zwerge haben jedoch Eisenkerne, zum Beispiel https://arxiv.org/abs/astro-ph/9911371 , und es ist zu erwarten, dass der Eisenkern die Supernova überlebt. Ob es genug Material gewinnen könnte, um in einen Neutronenstern zu fallen, kann ich nicht sagen, es klingt nicht einfach, sagt aber niemals nie.

Wenn Ihr weißer Zwerg einen großen Eisenkern hat. . . könnte sein. Aber wahrscheinlich nicht. Der schnelle Typ 1a kollabiert an der Chandrasekhar-Grenze, wobei der Strahlungsdruck in den Eisenkern drückt. . . nur vielleicht, aber selbst dann möchte ich nein sagen, es ist nicht möglich, nur das, dieses Szenario könnte eine Chance haben.

Ein Schwarzes Loch ist ein hartes Nein. Ein Neutronenstern mit einer Sonnenmasse von 2,5 (ungefähr) kann sich in ein Schwarzes Loch verwandeln. Ein weißer Zwerg mit 1,4 Sonnenmassen, selbst wenn er aus Eisen besteht, selbst wenn er es irgendwie schafft, in einen Neutronenstern zu fallen, wäre er viel zu leicht, um in ein Schwarzes Loch zu fallen.