¿Formación de estrellas alrededor de agujeros negros giratorios?

Por favor, disculpe una pregunta de aficionados. Mientras trataba de pensar en algo más que en lo que estaba sucediendo durante un procedimiento dental, mi mente se volvió hacia un modelo de una estrella cerca de un agujero negro giratorio y los efectos sobre la materia dibujada.

Si bien es obvio que tal materia se excitaría a altas temperaturas, ¿podría la combinación de rotación y excitación ser suficiente para inducir una reacción de fusión sostenida?

Si es así, ¿esto produciría suficiente energía para mantener un 'anillo' de fusión en el horizonte de eventos, esencialmente una estrella de donuts?

¿Habría suficiente reacción para comenzar a producir elementos más ligeros?

Pura curiosidad generada por un intento de distraerme

La acumulación de material en (en) agujeros negros (y estrellas de neutrones) proporciona entornos que son muy calientes y (relativamente) densos. En estas circunstancias es posible que ocurra la fusión nuclear, la pregunta es si esto es significativo, tanto enérgicamente como como un medio para producir nuevos elementos químicos (nucleosíntesis).

La respuesta a la primera de estas preguntas es relativamente sencilla. A medida que el material cae hacia el agujero negro, su momento angular lo obliga a formar un disco de acreción. Los procesos viscosos calientan el disco y proporcionan pares de torsión, hacen que el material pierda energía y momento angular y, finalmente, permite que caiga en el agujero negro. Gran parte de la energía potencial gravitacional (GPE) obtenida a medida que el material cae hacia el agujero negro termina calentando el material.

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

Compare esto con la fusión nuclear. La fusión de hidrógeno en helio solo libera el 0.7% de la masa en reposo como energía que puede calentar el disco de acreción.

Entonces, desde el punto de vista energético, las reacciones de fusión son insignificantes, a menos que puedan ocurrir mucho más lejos en el disco

La pregunta sobre los rendimientos de nucleosíntesis es más compleja. Cuanto más masivo es un agujero negro y mayor es la velocidad de acreción, entonces, en general, mayor es la temperatura y densidad del disco y mayor es la velocidad de fusión. Pero también depende de los detalles de los procesos de enfriamiento que son posibles y de cuánto material se advecta en el agujero negro. Hu y Peng (2008) presentan algunos modelos de acreción en un agujero negro de 10 masas solares y sugieren que es posible producir ciertos isótopos raros por este mecanismo. Los agujeros negros de tamaño estelar probablemente necesiten tasas de acreción muy superiores a Eddington para alcanzar las temperaturas necesarias para mantener la fusión nuclear (es decir, tasas de acreción mucho mayores que las posibles por los flujos de acreción esféricos opuestos a la presión de radiación), segúnFrankel (2016) . Es probable que tales tasas solo se den en los casos en que los agujeros negros interrumpen a un compañero binario, en lugar de a través de un flujo de acreción constante.

El calor en el disco de acreción ocurre debido a la fricción y la fricción ocurre solo cuando hay movimiento relativo. Entonces, en ese disco de acreción, muchas partículas se mueven entre sí con altas velocidades, por lo que la fusión no debería ocurrir, porque esa partícula debería unirse. Incluso en la estrella (como nuestro sol), la masa de la estrella no es suficiente para producir fusión, y necesita la ayuda del túnel cuántico, por lo que no podemos decir que haya presión disponible dentro de ese disco de acreción para superar la repulsión de la fuerza nuclear.