Giới hạn trên của khối lượng sao neutron và sự sụp đổ thành một lỗ đen
Tôi đang đọc câu trả lời liên quan đến một câu hỏi (https://astronomy.stackexchange.com/questions/748/how-does-neutron-star-collapse-into-black-hole); và tôi có hai câu hỏi chính:
Khối lượng giới hạn dưới chính xác của lỗ đen là bao nhiêu? Hay nói chính xác hơn, đâu là biên giới nơi một ngôi sao khổng lồ chuyển từ một ngôi sao neutron thành một lỗ đen?
Liệu một ngôi sao neutron với khối lượng lớn nhất có thể có thể biến thành một lỗ đen chỉ bằng cách hấp thụ khối lượng tối thiểu có thể có (khối lượng Planck) không?
Trả lời
Tôi sẽ lần lượt trả lời cả hai câu hỏi của bạn.
Đối với câu hỏi tổng quát hơn của bạn, trong thuyết tương đối rộng cổ điển, không có giới hạn khối lượng nhỏ hơn cho một lỗ đen; bạn có thể làm cho nó lớn hoặc nhỏ như bạn muốn. Đối với câu hỏi chính xác hơn của bạn, giới hạn trên của một ngôi sao neutron không quay là giới hạn Tolman-Oppenheimer-Volkoff , nằm trong khoảng từ 2,1 đến 2,3 khối lượng Mặt trời. Ngoài ra, ngôi sao neutron sẽ sụp đổ thành một lỗ đen.
Chúng ta vẫn chưa có một hiểu biết định lượng hoàn hảo về bên trong của một ngôi sao neutron, vì vậy hiện tại câu hỏi này không thể trả lời được. Tuy nhiên, giả sử sao neutron của chúng ta là một khối tĩnh, đối xứng hình cầu, được tạo thành từ một chất lỏng hoàn hảo với mật độ tăng ra bên ngoài, thì chúng ta phải có$$M<\frac{4Rc^2}{9G}$$ Ở đâu $R$ là bán kính (đều), $c$ là tốc độ ánh sáng, và $G$là hằng số hấp dẫn. Đây là định lý Buchdahl . Vì vậy, nếu một ngôi sao neutron tuân theo các định đề ở trên (khá hợp lý) và có thể được đưa đến ngay dưới giới hạn (có thể có hoặc có thể không), thì nó sẽ ở trong tình huống bạn mô tả; đẩy vào khối lượng lớn hơn một chút chắc chắn sẽ gây ra sự sụp đổ thành một lỗ đen.