Sternentstehung um rotierende Schwarze Löcher?

Bitte entschuldigen Sie eine Amateurfrage. Während ich versuchte, an etwas anderes zu denken als an das, was während eines zahnärztlichen Eingriffs geschah, wandte ich mich einem Modell eines Sterns in der Nähe eines rotierenden Schwarzen Lochs und den Auswirkungen auf die eingezogene Materie zu.

Während es offensichtlich ist, dass solche Materie auf hohe Temperaturen angeregt wird, könnte die Kombination von Rotation und Anregung ausreichen, um eine anhaltende Fusionsreaktion zu induzieren?

Wenn ja, würde dies genug Energie produzieren, um einen Fusionsring am Ereignishorizont aufrechtzuerhalten - im Wesentlichen einen Donutstern?

Würde es genug Reaktionen geben, um leichtere Elemente zu produzieren?

Reine Neugier, die durch den Versuch entsteht, mich abzulenken

Die Anreicherung von Material auf (in) schwarze Löcher (und Neutronensterne) liefert Umgebungen, die sowohl sehr heiß als auch (relativ) dicht sind. Unter diesen Umständen kann es zu einer Kernfusion kommen. Die Frage ist, ob dies sowohl energetisch als auch als Mittel zur Herstellung neuer chemischer Elemente (Nukleosynthese) von Bedeutung ist.

Die Antwort auf die erste dieser Fragen ist relativ einfach. Wenn Material in Richtung des Schwarzen Lochs fällt, zwingt es sein Drehimpuls, eine Akkretionsscheibe zu bilden. Viskose Prozesse erwärmen die Scheibe und sorgen für Drehmomente, führen dazu, dass das Material Energie und Drehimpuls verliert und schließlich in das Schwarze Loch fällt. Ein Großteil der Energie des Gravitationspotentials (GPE), die gewonnen wird, wenn das Material in Richtung des Schwarzen Lochs fällt, erwärmt das Material.

Die innerste stabile Kreisbahn eines Schwarzen Lochs liegt bei 3 Schwarzschild-Radien , wobei die Masse des Schwarzen Lochs ist. Die GPE, die für Material mit einer Masse freigesetzt wird, das auf diesen Radius fällt, ist . dh ein Sechstel der Restmassenenergie des Materials könnte als Wärme freigesetzt werden.$=6GM/c^2$$M$$m$$\sim GMmc^2/6GM = mc^2/6$

Vergleichen Sie dies mit der Kernfusion. Die Fusion von Wasserstoff zu Helium setzt nur 0,7% der Restmasse als Energie frei, die die Akkretionsscheibe erwärmen kann.

Aus energetischer Sicht sind Fusionsreaktionen also vernachlässigbar, es sei denn, sie können viel weiter draußen in der Scheibe auftreten

Die Frage nach den Nukleosyntheseausbeuten ist komplexer. Je massereicher ein Schwarzes Loch ist und je höher die Akkretionsrate ist, desto höher ist im Allgemeinen die Scheibentemperatur und -dichte und desto höher ist die Fusionsrate. Es kommt aber auch auf die Details der möglichen Abkühlprozesse an und wie viel Material in das Schwarze Loch befördert wird. Hu & Peng (2008) präsentieren einige Modelle der Akkretion auf einem Schwarzen Loch mit 10 Sonnenmassen und schlagen vor, dass es möglich sein könnte, bestimmte seltene Isotope durch diesen Mechanismus herzustellen. Schwarze Löcher in Sterngröße benötigen wahrscheinlich sehr viel Super-Eddington-Akkretionsraten, um die notwendigen Temperaturen zu erreichen, um die Kernfusion aufrechtzuerhalten (dh viel höhere Akkretionsraten, als dies durch strahlungsdruckgegenläufige sphärische Akkretionsströme möglich ist)Frankel (2016) . Solche Raten sind wahrscheinlich nur in den Fällen, in denen Schwarze Löcher einen binären Begleiter stören, und nicht durch einen stetigen Akkretionsfluss.

Wärme in der Akkretionsscheibe entsteht durch Reibung und Reibung tritt nur bei Relativbewegung auf. In dieser Akkretionsscheibe bewegen sich also viele Partikel mit hohen Geschwindigkeiten relativ zueinander, so dass keine Fusion stattfinden sollte, da diese Partikel zusammenkommen sollten. Selbst im Stern (wie in unserer Sonne) reicht die Masse des Sterns nicht aus, um eine Fusion zu erzeugen, und sie benötigt die Hilfe des Quantentunnelns. Daher können wir nicht sagen, dass innerhalb dieser Akkretionsscheibe Druck vorhanden ist, um die Abstoßung der Kernkraft zu überwinden.