톨만-오펜하이머-볼코프 한계

3. 항성 진화와 톨만-오펜하이머-볼코프 한계

별의 질량이 톨만-오펜하이머-볼코프 한계 미만일 경우, 중력 압축은 강한 상호작용에 의해 매개되는 단거리 척력적인 중성자-중성자 상호작용과 중성자의 양자 축퇴압에 의해 균형을 이루어 붕괴를 막는다.^[12] 질량이 한계를 넘으면 별은 더 밀도가 높은 형태로 붕괴된다. 블랙홀을 형성하거나 조성을 바꾸어 다른 방식으로 지탱될 수 있다(예를 들어, 쿼크별이 될 경우). 가설상의 더 이국적인 형태의 퇴화 물질 특성은 중성자 퇴화 물질의 특성보다 훨씬 덜 알려져 있기 때문에, 대부분의 천체물리학자들은 반대 증거가 없는 한, 한계를 넘는 중성자별은 직접 블랙홀로 붕괴된다고 가정한다.

3. 1. 항성 블랙홀의 질량

3. 2. 열, 회전 효과

4. 톨만-오펜하이머-볼코프 한계의 응용

별의 질량이 톨만-오펜하이머-볼코프 한계 미만이면, 중력은 강한 상호작용에 의한 중성자-중성자 간의 짧은 거리에서의 척력 및 중성자의 양자 축퇴압에 의해 균형을 이루어 별의 붕괴를 막는다.^[12] 만약 별의 질량이 이 한계를 넘어서면, 별은 더 높은 밀도의 형태로 붕괴한다. 이는 블랙홀을 형성하거나, 구성 물질이 변하여 다른 방식(예: 쿼크별이 될 경우 쿼크 축퇴압에 의존)으로 유지될 수 있다.^[12] 하지만 가설상의 더 특이한 형태의 퇴화 물질은 중성자 퇴화 물질보다 덜 알려져 있기 때문에, 대부분의 천체 물리학자들은 반대 증거가 없는 한, 한계를 넘는 중성자별은 곧바로 블랙홀로 붕괴한다고 가정한다.

개별 별의 붕괴로 형성된 항성 블랙홀은 톨만-오펜하이머-볼코프 한계를 초과하는 질량을 가져야 한다. 이론적으로, 항성 진화 과정에서 발생하는 항성 질량 손실 때문에, 태양 금속 함량을 가진 고립된 별에서 형성된 블랙홀은 약 10태양 질량을 넘지 않는 질량을 가질 수 있다.^[13] 관측적으로, X-선 쌍성 내의 많은 무거운 천체들은 큰 질량, 상대적 어두움, 그리고 X-선 스펙트럼을 근거로 항성 블랙홀로 추정된다. 이러한 블랙홀 후보들은 3~20태양 질량 정도의 질량을 갖는 것으로 추정된다.^[14][15]

LIGO는 7.5~50 태양 질량 범위의 블랙홀을 포함하는 블랙홀 합병을 감지했다. 이러한 블랙홀 자체가 이전 합병의 결과였을 가능성이 있지만, 그럴 가능성은 낮다.

오펜하이머와 볼코프는 열의 영향을 무시했지만,^[7] 중성자별, 합병 및 이중 강착의 형성이 진행되는 동안 온도가 10⁹ K 이상까지 도달할 수 있다고 추정되었다.^[16] 중성자별의 열원이자 붕괴 저항 압력의 또 다른 원천은 '차등 회전이 존재할 때의 점성 마찰'이다.^[16]

오펜하이머와 볼코프의 중성자별 질량 한계 계산은 중성자별의 회전을 고려하지 않았지만, 현재는 중성자별이 오펜하이머와 볼코프 시대에 알려진 것보다 훨씬 더 빠른 속도로 회전할 수 있다는 것을 알고 있다. 알려진 가장 빠르게 회전하는 중성자별은 PSR J1748-2446ad로, 초당 716회^[17][18] (분당 43,000회) 회전하며, 표면의 선형(접선) 속도는 약 0.24c(빛의 속도의 거의 4분의 1)이다. 별의 회전은 초신성 붕괴 동안 대류에 의한 열 손실을 방해하므로 회전하는 별은 직접 붕괴되어 블랙홀을 형성할 가능성이 더 높다.^[19]

5. 질량 간극 내 천체 목록

이 목록은 중성자별, 블랙홀, 쿼크별 또는 기타 이국적인 천체일 수 있는 천체들을 포함한다. 이러한 천체들은 질량 또는 관측 데이터의 불확실성으로 인해 최소 질량 블랙홀 목록과는 별개로 분류된다.^{[20][21][22][23][24][25][26][27][28][29][30][31]}

5. 1. 목록

6. 최소 질량 블랙홀 목록

별 블랙홀도 참고

이 내용은 트랜스클루전을 통해 가장 질량이 작은 블랙홀 목록에서 가져온 것이다.

참조

_[1] 논문 The Maximum Mass of a Neutron Star 1996
_[2] 논문 The Maximum Mass of a Neutron Star 1996-08-11
_[3] 논문 GW170817 Most Likely Made a Black Hole 2018-05-31
_[4] 논문 A weight limit emerges for neutron stars 2018-02-16
_[5] 논문 Using Gravitational-wave Observations and Quasi-universal Relations to Constrain the Maximum Mass of Neutron Stars 2018-01-09
_[6] 논문 Static Solutions of Einstein's Field Equations for Spheres of Fluid https://resolver.cal[...] 1939
_[7] 논문 On Massive Neutron Cores 1939
_[8] 논문 PSR J0952−0607: The Fastest and Heaviest Known Galactic Neutron Star 2022-08-01
_[9] 웹사이트 The heaviest neutron star on record is 2.35 times the mass of the sun https://www.sciencen[...] 2024-01-04
_[10] 웹사이트 The Surprising Reason Why Neutron Stars Don't All Collapse To Form Black Holes https://www.forbes.c[...] 2024-01-04
_[11] 논문 The pressure distribution inside the proton https://www.nature.c[...] 2019-05-05
_[12] 논문 Mechanisms, Models and Laws in Understanding Supernovae 2019
_[13] 논문 The Evolution and Explosion of Massive Stars 2002
_[14] arXiv Black Hole Binaries 2003
_[15] 논문 Observational Evidence for Stellar-Mass Black Holes 2006
_[16] 논문 Thermal emission of neutron stars with internal heaters http://academic.oup.[...] 2014-08-21
_[17] 논문 A Radio Pulsar Spinning at 716 Hz 2006-03-31
_[18] 웹사이트 SkyandTelescope.com – News from Sky & Telescope – Spinning Pulsar Smashes Record http://www.skyandtel[...] 2024-01-05
_[19] 논문 Core-Collapse Simulations of Rotating Stars https://iopscience.i[...] 2000-10
_[20] 논문 Observational evidence for extended emission to GW 170817 2019-01
_[21] 논문 Observational Manifestations of Precession of Accretion Disk in the SS 433 Binary System
_[22] 논문 Very-high-energy particle acceleration powered by the jets of the microquasar SS 433
_[23] 뉴스 Scientists discover new nursery for superpowered photons http://www.spacedail[...] 2018-10-04
_[24] 논문 A wide star–black-hole binary system from radial-velocity measurements 2019-11-27
_[25] Letter to the Editor A stripped helium star in the potential black hole binary LB-1 2020-01
_[26] 논문 Gemini/GNIRS infrared spectroscopy of the Wolf-Rayet stellar wind in Cygnus X-3
_[27] 논문 Cyg X-3: A low-mass black hole or a neutron star
_[28] 논문 The black hole candidate LS I +61°0303
_[29] 논문 Variable Very-High-Energy Gamma-Ray Emission from the Microquasar LS I +61 303
_[30] 논문 A possible black hole in the γ-ray microquasar LS 5039
_[31] 논문 GRO J0422+32: The Lowest Mass Black Hole?
_[32] 저널 Peering into the Dark Side: Magnesium Lines Establish a Massive Neutron Star in PSR J2215+5135
_[33] 저널 Relativistic Shapiro delay measurements of an extremely massive millisecond pulsar
_[34] 웹인용 Record breaker: Astronomers find the most massive neutron star known https://www.syfy.com[...] 2019-09-19
_[35] 저널 The Maximum Mass of a Neutron Star https://archive.org/[...] 1996
_[36] 저널 A weight limit emerges for neutron stars 2018-02-16
_[37] 저널 Using Gravitational-wave Observations and Quasi-universal Relations to Constrain the Maximum Mass of Neutron Stars 2018-01-09