Existe a possibilidade de uma anã branca se transformar em estrela de nêutrons ou buraco negro?

Eu sei que uma anã branca é principalmente equilibrada pela pressão de degeneração de elétrons e que, se ganhar mais de 1,4 massa solar de qualquer fonte (como uma estrela companheira ou uma colisão), ela explode como uma supernova do tipo I. Mas existe alguma possibilidade de uma anã branca se transformar em uma estrela de nêutrons (ou possivelmente um buraco negro)?

A resposta é: para uma estrela de nêutrons - possivelmente; para um buraco negro, não.

O processo pelo qual uma estrela de nêutrons é formada é conhecido como colapso induzido por acreção e está sendo seriamente debatido, especialmente no caso de anãs brancas que nascem na extremidade superior da "faixa de massa natural" para anãs brancas e depois acumulam mais massa como parte de um sistema binário. Uma excelente leitura são as seções introdutórias de Taurus et al. (2013) , que passam pela motivação, processo e evidência observacional (limitada). Veja também Schwab et al. (2015) ; Ruiter et al. (2018) .

Explosão vs Colapso

Uma anã branca pode responder ao acúmulo de material ao explodir ou desmoronar. Depende da competição entre a energia liberada nas reações de fusão e a energia bloqueada pelas reações de captura endotérmica de elétrons (também conhecida como neutronização).

Se reações termonucleares são iniciadas, o resultado provável é uma reação nuclear descontrolada - a pressão dentro da estrela não aumenta com rapidez suficiente para impedir que a estrela inteira sofra fusão. A energia liberada excede a energia de ligação gravitacional e o resultado provável é uma supernova do tipo Ia.

Por outro lado, a anã branca é suportada pela degeneração eletrônica. Se a neutronização começar a ocorrer no núcleo, os prótons (nos núcleos) capturam elétrons para formar nêutrons. Isso desestabiliza a estrela, causando o colapso. O colapso ocorreria (rapidamente) de maneira semelhante a uma supernova de colapso do núcleo. Os núcleos se dissociariam, a neutronização chegaria quase ao fim e o colapso seria interrompido pela formação de uma estrela de nêutrons.

Há pouca possibilidade de que um buraco negro possa ser formado por esse colapso. O objeto em colapso seria da ordem de 1,4 massas solares e confortavelmente menor que a massa máxima de estrelas de nêutrons observadas (pelo menos 2 massas solares). Portanto, o colapso será interrompido na fase estrela de nêutrons.

Anãs brancas de massa moderada

A maioria das anãs brancas de massa moderada tem uma composição C / O. Eles precisarão acumular muita massa para chegar a uma densidade (cerca de kg / m , alcançada em em uma WD não rotativa), onde a neutronização se torna energicamente factível. Antes que isso aconteça, é provável que as reações de fusão sejam inflamadas (devido à alta densidade, e não à temperatura). A densidade limiar para a ignição é * inferior * por núcleos com menor número atómico (Ele <C <O) por causa da menor repulsão de Coulomb, e as densidades de limiar de ignição para Ele e C também são mais baixas do que o limiar para neutronisation C .$4\times 10^{13}$ 3 1,38 M ⊙$^3$$1.38M_{\odot}$

Isso significa que em um C / O WD que acumulou muita matéria, a ignição pode ocorrer em C no núcleo, ou pode ser acionada em He (em densidades ainda mais baixas) na base de uma concha de material acumulada profunda . O resultado provavelmente seria a fusão termonuclear descontrolada e a destruição completa da estrela.

Anãs brancas mais maciças

Os WDs O / Ne / Mg são feitos como os estágios finais de estrelas mais massivas ( ) e provavelmente nascem como remanescentes com massa muito maior que os C / O típicos. WDs mais maciços são menores, com maior densidade. Os limiares de neutronização para O, Ne e Mg são apenas , e kg / m$8-10M_{\odot}$$>1.2M_{\odot}$$1.9\times10^{13}$$6\times 10^{12}$$3\times 10^{12}$ 3$^3$respectivamente (todos mais baixos que para C, especialmente para Ne e Mg). Isso significa que um O / Ne / Mg WD pode ter que acumular muito pouca massa para atingir essa densidade central e iniciar a neutronização, o que leva ao colapso. Além disso, se essas densidades forem insuficientes para acionar a queima de C em uma C / O WD, certamente não serão altas o suficiente para acionar a queima de O / Ne / Mg devido à repulsão coulomb mais forte. Além disso, se pouca massa for acumulada, não haverá um envelope profundo de material acumulado para acender a queima fora do centro.

Por todas essas razões, as WDs de O / Ne / Mg podem ter mais chances ( Liu et al. 2018 ; mas ver também Wang 2018 ) de colapsar do que explodir (o colapso causaria um tipo de supernova de colapso do núcleo).

Ocorre colapso induzido por acreção?

Atualmente, existem apenas evidências indiretas. Quando olhamos para estrelas de nêutrons formadas recentemente - identificadas como pulsares de rotação rápida -, vemos que elas geralmente têm velocidades muito altas. Pensa-se que essas velocidades resultem de um "chute" assimétrico emitido por uma supernova de colapso do núcleo tipo II. Isso, por sua vez, sugere que pode ser bastante difícil reter uma estrela de nêutrons em um sistema binário, mas muitas estrelas de nêutrons estão presentes em sistemas binários, e acredita-se que muitas delas, principalmente os pulsares de milissegundos, tenham sofrido significativa transferência de massa em um sistema binário. o passado.

Evidências adicionais vêm da retenção de uma população significativa de estrelas de nêutrons dentro de aglomerados globulares. Mais uma vez, os chutes poderiam expulsar a maioria deles. Além disso, existem vários exemplos que parecem "jovens", em que a razão entre os períodos de rotação e a taxa de decaimento da rotação indica que eles foram formados recentemente. Como não existem estrelas de alta massa nos aglomerados globulares, e, portanto, não há progenitores possíveis para esses objetos através do colapso do núcleo de estrelas massivas, o colapso induzido pela acreção de uma anã branca de alta massa é uma possibilidade.

Não é para a maioria das anãs brancas, porque elas geralmente são cheias de material de fusão (principalmente carbono e oxigênio). Quando um material como esse começa a sofrer um colapso gravitacional, ele se aquece e se funde, criando a supernova do tipo Ia e não deixando nada para trás devido à intensidade da explosão. Mas algumas anãs brancas têm núcleos de ferro, por exemplo, https://arxiv.org/abs/astro-ph/9911371 , e pode-se esperar que o núcleo de ferro sobreviva à supernova. Se poderia ganhar material suficiente para colapsar em uma estrela de nêutrons, não sei dizer, não parece fácil, mas nunca digo nunca.

Se sua anã branca tem um núcleo de ferro grande. . . talvez. Mas provavelmente não. O rápido tipo 1a desmorona no limite de Chandrasekhar, com a pressão radiativa pressionando o núcleo de ferro. . . apenas talvez, mas mesmo assim eu quero dizer não, não é possível, apenas isso, esse cenário pode ter uma chance.

Um buraco negro é um não difícil. Uma estrela de nêutrons de 2,5 (aproximadamente) massas solares pode se transformar em um buraco negro. Uma anã branca de 1,4 massa solar, mesmo que seja de ferro, mesmo que de alguma maneira consiga entrar em colapso em uma estrela de nêutrons, seria muito leve para colapsar em um buraco negro.