Bestaat donkere materie uit zwarte gaten?

quote:

Op woensdag 13 januari 2016 21:05 schreef polderturk het volgende:

[..]

Dank voor je link. Ik heb meer ondersteunend bewijs voor de theorie gevonden. Er worden nauwelijks nieuwe sterren gevormd in elliptische sterrenstelsels, dus er worden ook geen superzware sterren gevormd die kunnen veranderen in zwarte gaten als ze opgebrand zijn.

In de meeste elliptische stelsels komt weinig interstellaire materie voor en heeft er geen recente stervorming plaatsgevonden. De sterren in elliptische sterrenstelsels zijn doorgaans veel ouder dan die in spiraalvormige sterrenstelsels en ze vertonen een tragere en minder gestructureerde rotatie. Elliptische sterrenstelsels komen vooral voor in de binnendelen van clusters van sterrenstelsels.

https://nl.wikipedia.org/wiki/Elliptisch_sterrenstelsel

Ik wil hier nog even op terugkomen.
- In elliptische sterrenstelsels is er nauwelijks donkere materie.
- Er worden nauwelijks nieuwe sterren gevormd, dus de sterren die er zijn, zijn oud.
- Dat wil zeggen dat er weinig zware sterren zijn. Zware sterren zijn immers snel opgebrand.
- Er vinden dus veel minder supernova's plaats
- Er worden dus veel minder zware elementen gevormd in deze elliptische stelsels, die middels supernova's door de sterrenstelsels verspreid worden. Zware elementen worden immers in zware sterren gevormd
- Dus de kans om rotsachtige planeten te vinden is kleiner in elliptische sterrenstelsels
- We zullen vooral planeten van gas en bevroren planeten kunnen vinden in elliptische sterrenstelsels

Kans om leven te vinden zoals we op aarde kennen zal dus kleiner zijn in elliptische sterrenstelsels. Zijn jullie het hiermee eens?

Ik heb nog wel een vraag waar ik mee zit. Als 1 op de 260 sterren groot genoeg zijn om neutronensterren of zwarte gaten te worden met daaraan voorafgaand supernova explosies, dan hebben we in onze melkweg van 100 miljard sterren ongeveer 100 mld/260 = 380 miljoen sterren die een zwart gat of een pulsar kunnen worden. Als een ster van die grootte gemiddeld 10 miljoen jaar leeft, dan zouden we elk jaar 380 mln / 10 mln = 38 supernova's moeten zien. Dat zijn 3 supernova's per maand. Een supernova produceert voor een korte periode net zoveel licht als tientallen miljarden sterren. Een supernova explosie in onze eigen melkweg zouden we in de nachtelijke uren eenvoudig kunnen waarnemen. Ook zouden we andere sterrenstelsel 30 keer per jaar moeten zien oplichten.

Misschien is er een manier waarbij sterren veranderen in pulsars of zwarte gaten waarbij geen supernova explosie plaatsvindt. Of misschien is er iets anders aan de hand.

Suggesties zijn welkom.

quote:

Op woensdag 27 juli 2016 10:23 schreef Woods het volgende:
30 per seconde in het zichtbare universum.

http://www.dailygalaxy.co(...)rvable-universe.html

Bedankt voor de link. Uit die link haal ik het volgende:

quote:

While there is, on average, only one supernova per galaxy per century, there is something on the order of 100 billion galaxies in the observable Universe. Taking 10 billion years for the age of the Universe (it's actually 13.7 billion, but stars didn't form for the first few hundred million), Dr. Richard Mushotzky of the NASA Goddard Space Flight Center, derived a figure of 1 billion supernovae per year, or 30 supernovae per second in the observable Universe!

Er is gemiddeld dus maar één supernova per sterrenstelsel per jaar. Terwijl er 30 per jaar per sterrenstelsel (met 100 miljard sterren) zouden moeten zijn als je naar het aantal sterren kijkt die groot genoeg zijn om supernova te worden. Dan zou er misschien toch een ander mechanisme zijn waarbij grote sterren tot een einde komen. Of er is iets anders aan de hand.

quote:

Op dinsdag 26 juli 2016 22:40 schreef polderturk het volgende:
Ik heb nog wel een vraag waar ik mee zit. Als 1 op de 260 sterren groot genoeg zijn om neutronensterren of zwarte gaten te worden met daaraan voorafgaand supernova explosies, dan hebben we in onze melkweg van 100 miljard sterren ongeveer 100 mld/260 = 380 miljoen sterren die een zwart gat of een pulsar kunnen worden. Als een ster van die grootte gemiddeld 10 miljoen jaar leeft, dan zouden we elk jaar 380 mln / 10 mln = 38 supernova's moeten zien. Dat zijn 3 supernova's per maand. Een supernova produceert voor een korte periode net zoveel licht als tientallen miljarden sterren. Een supernova explosie in onze eigen melkweg zouden we in de nachtelijke uren eenvoudig kunnen waarnemen. Ook zouden we andere sterrenstelsel 30 keer per jaar moeten zien oplichten.

Misschien is er een manier waarbij sterren veranderen in pulsars of zwarte gaten waarbij geen supernova explosie plaatsvindt. Of misschien is er iets anders aan de hand.

Suggesties zijn welkom.

Om nog terug te komen op het bovenstaande. Ik had professor Kip Thorne ge-emailed en ik heb een reactie gekregen. Het is wel mogelijk dat zwarte gaten gevormd worden zonder dat er een supernova plaatsvindt.

quote:

Dear professor Thorne,

Could there be a mechanism where a large star turns into a black hole or neutron star without a supernova happening? According to literature a supernova happens on average once per century per galaxy. However, according to my calculations there should be about 30 supernova's per year per galaxy. If one in 260 stars is large enough to become a supernova, then there are 100 billion / 260 = 384 million large stars in our galaxy. If these large stars burn up their fuel in 10 million years on average, then there should be 384 million / 10 million = 38 dying large stars a year in our galaxy. We do not observe 38 supernova's per year though. We only observe 1 supernova per century on average. So could there be another way for large stars to turn into black holes and neutron stars?

Kind regards,


Het antwoord:

Yes, it might be possible for a massive star to implode to form a black hole without producing a supernova explosion.

However, there is an effect that your calculations probably have overlooked: Very large mass loss in stellar winds the the late stages of stellar evolution can greatly reduce the mass of a star before it finishes burning its thermonuclear fuel.

Sincerely

Kip Thorne

Ik denk dat ik een mogelijke oorzaak heb gevonden. Wanneer de kern van een grote ster ineen stort, gaat hij veel sneller draaien. Vergelijk het met een kunstschaatser die draait en dan haar armen en been naar binnen trekt. De centrifugale krachten nemen dan toe. Als de ster gekrompen is tot een bal die alleen uit neutronen bestaat, dan ontstaat er een 'bounce' die het materiaal wegslaat. Dit is een gevolg van de sterke kernkrachten. De gravitatiekrachten zijn werkelijk enorm. Pas als de naar buiten gerichte kernkrachten samen met de naar buiten gerichte krachten die het gevolg zijn van de centrifugaal krachten groter zijn dan de enorme naar binnen gerichte zwaartekrachten, dan zal er een supernova ontstaan. Dus de kern van een ster moet hard genoeg draaien wil er een supernova ontstaan.

[ Bericht 0% gewijzigd door polderturk op 08-08-2016 12:31:20 ]

Er bestaat iets als millisecond pulsars. Dit zijn pulsars die binnen een milliseconde om hun as draaien. Een pulsar heeft een straal van ongeveer 15 km. Laten we naar neutronen op de evenaar kijken. De omtrek van een pulsar zal 2*pi*15 = 90 km zijn. Deze afstand wordt in een duizendste seconde afgelegd. Binnen een seconde wordt een afstand van 90.000 km afgelegd. Dit is bijna 30% van de lichtsnelheid. De middelpuntzoekende krachten zullen enorm zijn. Ik verwacht dat bij het vormen van deze pulsars supernova's aan vooraf zijn gegaan. Ook zwarte gaten die heel snel draaien hebben bij het ontstaan een supernova gekend.

quote:

Op dinsdag 9 augustus 2016 07:58 schreef Haushofer het volgende:

[..]

Mijn astrofysica is een beetje roestig, maar is het niet de degeneratieve druk die deze instorting tegenhoudt en de zwaartekracht als het ware tegenhoudt? Dat is iets anders dan de sterke kernkracht.

[..]

Ik begrijp het principe van degeneratieve druk. Vanwege het Pauli uitsluitingsprincipe kunnen twee fermionen niet dezelfde quantumstate hebben en omdat de deeltjes zeer dicht op elkaar staan, waardoor hun posities nauwkeurig bepaald zijn, moet het momentum van de deeltjes wel heel groot zijn door het onzekerheidsprincipe van Heisenberg.

quote:

Neutrons in a degenerate neutron gas are spaced much more closely than electrons in an electron-degenerate gas because the more massive neutron has a much shorter wavelength at a given energy. Typical separations are comparable with the size of the neutron and the range of the strong nuclear force and it is actually the repulsive nature of the latter at small separations that primarily supports neutron stars more massive than 0.7 solar masses (which includes all measured neutron stars). In the case of neutron stars and white dwarf stars, this is compounded by the fact that the pressures within neutron stars are much higher than those in white dwarfs. The pressure increase is caused by the fact that the compactness of a neutron star causes gravitational forces to be much higher than in a less compact body with similar mass. This results in a star with a diameter on the order of a thousandth that of a white dwarf.

https://en.wikipedia.org/(...)r#Neutron_degeneracy

De sterke nucleare krachten zijn repulsief bij zeer kleine afstanden en attractief bij iets grotere afstanden.

Dit plaatje komt je vast en zeker bekend voor:

quote:

Een supernova ontstaat wanneer je genoeg massa hebt om de instorting 'heftig genoeg' te maken (om de degeneratieve druk te overwinnen volgens mij, maar dat zou ik moeten nakijken), ongeacht de rotatie. Jij lijkt exact het tegenovergestelde te suggereren. Een massa die gravitationeel kan instorten wordt juist stabiel gehouden wanneer deze gaat roteren.

quote:

Within a massive, evolved star (a) the onion-layered shells of elements undergo fusion, forming an iron core (b) that reaches Chandrasekhar-mass and starts to collapse. The inner part of the core is compressed into neutrons (c), causing infalling material to bounce (d) and form an outward-propagating shock front (red). The shock starts to stall (e), but it is re-invigorated by a process that may include neutrino interaction. The surrounding material is blasted away (f), leaving only a degenerate remnant.

https://en.wikipedia.org/wiki/Supernova#Core_collapse

Stel je een stilstaande ijzeren bal voor. Laat van bovenaf een magneet op de bal vallen. Grote kans dat de magneet blijft plakken. Laat nu de bal met enorm hoge snelheid om zijn as spinnen en laat er nu een magneet op vallen. Grote kans dat de magneet weggeslagen wordt.

quote:

Op woensdag 10 augustus 2016 08:14 schreef Haushofer het volgende:
Ik zit even wat om te neuzen, maar ik zie niet zo gauw in hoe de sterke kernkracht tussen neutronen afstotend werkt. Ik kwam online "Black holes, White Dwarfs and Neutron Stars" tegen van Shapiro en Teukolsky, maar ook daar werd het me nog niet helemaal duidelijk. Misschien dat het ergens in een boek statistische mechanica wordt uitgelegd, maar blijkbaar wordt er een effectieve potentiaal opgeschreven (de zgn. Reid-potential in jouw grafiek) voor een neutrongas en blijkt dan voorbij een bepaalde lengteschaal dat je afstoting krijgt ipv aantrekking.

Misschien dat het hier ergens in staat,

http://arxiv.org/pdf/nucl-th/0702078.pdf

Deze afbeelding is afkomstig van de Ecyclopedia Brittanica site

https://www.britannica.com/science/strong-force

Scroll naar beneden naar 'additional media'.



1 fm is een afstand van 10^-15 meter. De afstand in een waterstofatoom tussen een proton en een electron is ongeveer 10^-11 meter. De diameter van een proton is ongeveer 0,85 fm. Volgens de afbeelding is de kernkracht afstotend bij afstanden kleiner dan 0,6 fm en aantrekkend tussen 0,6 fm en 2,5 fm. Als de afstand groter is dan 2,5 fm hebben de nucleaire krachten nauwelijks effect.

Je kan googlen naar 'nuclear potential well'.


Van de Wikipedia pagina mbt nuclear force


https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_force


The nuclear force is powerfully attractive between nucleons at distances of about 1 femtometer (fm, or 1.0 × 10-15 metres) between their centers, but rapidly decreases to insignificance at distances beyond about 2.5 fm. At distances less than 0.7 fm, the nuclear force becomes repulsive. This repulsive component is responsible for the physical size of nuclei, since the nucleons can come no closer than the force allows. By comparison, the size of an atom, measured in angstroms (Å, or 1.0 × 10-10 m), is five orders of magnitude larger. The nuclear force is not simple, however, since it depends on the nucleon spins, has a tensor component, and may depend on the relative momentum of the nucleons.[4]


Ik begrijp het ook niet helemaal als we naar het model van de sterke interactie kijken. Ik zou niet weten waarom dit afstotend zou werken als neutronen dichter op elkaar gedrukt zouden worden.




Ik heb op een paar plaatsen gelezen dat het 'phenomenologically' bepaald is dat de kernkrachten afstotend zijn op kleine afstanden. Ik weet niet wat dat inhoudt.

Misschien is het wel een manifestatie van de degeneratieve druk. Fermionen kunnen vanwege het Pauli uitsluitingsprincipe niet dezelfde quantumstate hebben en omdat neutronen dichter bij elkaar komen wordt de positie nauwkeuriger bekend waardoor het momentum toeneemt. Dit nemen we dan waar als afstotende kernkrachten. Ik zou het niet weten in ieder geval.

[ Bericht 10% gewijzigd door polderturk op 10-08-2016 10:50:01 ]

Ik kan wel een poging wagen. Binnen een neutron worden er tussen quarks gluonen uitgewisseld waardoor de kleuren van de quarks veranderen (QCD)
Een neutron is 0.85 fm groot. Quarks zijn nog veel kleiner. Laten we ervanuit gaan dat quarks binnen een neutron 0.8 fm van elkaar gescheiden zijn. Op die afstand zijn de kernkrachten attractief.
Laten we naar het onzekerheidsprincipe van Heisenberg kijken. Naast de versie dx*dp>=h-bar/2 hebben we ook dE*dt >=h-bar/2. dx staat hier voor delta x. Omdat Gluonen geen massa hebben gaan ze met de snelheid van het licht. Als quarks binnen een neutron dichter bij elkaar gaan staan, dan, leggen de gluonen een kortere afstand af. Omdat de snelheid niet verandert, wordt dt dus kleiner. De gluon doet er minder lang over om van de ene quark naar de andere te gaan. Als dt kleiner wordt, dan moet dE dus groter worden. Immers dt*dE moet groter of gelijk zijn aan h-bar/2.
E=h*c/ λ
Als E groter wordt, dan wordt de golflengte λ dus kleiner
Vervolgens hebben we nog p = h / λ
Als λ kleiner wordt, dan wordt dus p (momentum) groter.
De gluonen hebben meer energie en botsen dus harder tegen de quarks aan als de quarks dichter bij elkaar komen. De afstotende kracht neemt hierdoor toe als quarks dichter bij elkaar komen.

Als je naar de interactie kijkt tussen een proton en neutron zoals in de afbeelding hierboven. Als een proton en neutron dichter bij elkaar komen, dan zullen de gluonen meer energie hebben (om de reden die ik hierboven beschreven heb). De gluon wordt omgezet in een pion. De overtollige energie wordt dan misschien omgezet in meer kinetische energie voor de pion die dan harder tegen de andere proton of neutron botst. De afstotende kracht neemt toe.

Dit is wat ik net even heb bedacht. Misschien is het wel totale onzin.

quote:

Op woensdag 10 augustus 2016 13:29 schreef polderturk het volgende:
Ik kan wel een poging wagen. Binnen een neutron worden er tussen quarks gluonen uitgewisseld waardoor de kleuren van de quarks veranderen (QCD)
Een neutron is 0.85 fm groot. Quarks zijn nog veel kleiner. Laten we ervanuit gaan dat quarks binnen een neutron 0.8 fm van elkaar gescheiden zijn. Op die afstand zijn de kernkrachten attractief.
Laten we naar het onzekerheidsprincipe van Heisenberg kijken. Naast de versie dx*dp>=h-bar/2 hebben we ook dE*dt >=h-bar/2. dx staat hier voor delta x. Omdat Gluonen geen massa hebben gaan ze met de snelheid van het licht. Als quarks binnen een neutron dichter bij elkaar gaan staan, dan, leggen de gluonen een kortere afstand af. Omdat de snelheid niet verandert, wordt dt dus kleiner. De gluon doet er minder lang over om van de ene quark naar de andere te gaan. Als dt kleiner wordt, dan moet dE dus groter worden. Immers dt*dE moet groter of gelijk zijn aan h-bar/2.
E=h*c/ λ
Als E groter wordt, dan wordt de golflengte λ dus kleiner
Vervolgens hebben we nog p = h / λ
Als λ kleiner wordt, dan wordt dus p (momentum) groter.
De gluonen hebben meer energie en botsen dus harder tegen de quarks aan als de quarks dichter bij elkaar komen. De afstotende kracht neemt hierdoor toe als quarks dichter bij elkaar komen.

Als je naar de interactie kijkt tussen een proton en neutron zoals in de afbeelding hierboven. Als een proton en neutron dichter bij elkaar komen, dan zullen de gluonen meer energie hebben (om de reden die ik hierboven beschreven heb). De gluon wordt omgezet in een pion. De overtollige energie wordt dan misschien omgezet in meer kinetische energie voor de pion die dan harder tegen de andere proton of neutron botst. De afstotende kracht neemt toe.

Dit is wat ik net even heb bedacht. Misschien is het wel totale onzin.

Het dikgedrukte gedeelte is geen goede representatie van wat er gebeurt. Ik moet er de Feynmann diagrammen bij pakken.

quote:

Op donderdag 11 augustus 2016 07:59 schreef Haushofer het volgende:
Ik kan je verhaal en je gebruik van het onzekerheidsprincipe niet helemaal volgen, maar je vroeg wat "fenomenologisch" betekent: het betekent "beschrijvend". Meestal zijn dit effectieve beschrijvingen, domweg omdat een fundamentele beschrijving (veel te) ingewikkeld is. In dit geval heb je te maken met een neutrongas, en ik zou niet weten hoe je zoiets met Feynmandiagrammen wilt gaan beschrijven.

Laten we naar onderstaande afbeelding kijken. Dit laat het proces zien waarbij een neutron omgezet wordt naar een proton, een elektron en een elektronneutrino. Een down-quark wordt omgezet in een up-quark waarbij een W- boson afgegeven wordt. Een W- boson heeft 80 keer zoveel massa als een neutron. Hoe is het mogelijk dat een deeltje een ander deeltje voortbrengt dat 80 keer zwaarder is? De energie wordt uit het vacuüm gehaald, maar moet wel snel worden teruggegeven. Een W- boson kan maar 3*10^-25 seconden bestaan. De W- boson moet ook voldoen aan dE*dt >= h-bar/2. Dit principe heb ik gebruikt om te laten zien dat gluonen meer energie bevatten wanneer de afstanden kleiner worden.



De tekst die erbij hoort in Wikipedia

quote:

W boson decay[change | change source]

When a quark changes flavour, as it does in Beta decay, it releases a W boson. W bosons only last for 3x10-25 seconds, which is why we had not discovered them until less than half a century ago. Surprisingly, W bosons have a mass of about 80 times that of a proton (one proton weighs one atomic mass unit). Keep in mind that the neutron that it came from has almost the same weight as the proton. In the quantum world, it is not an extremely uncommon occurrence for a more massive particle to come from a less massive particle because it lasts less time than Planck's constant. (Planck's constant is simply a convenient number that falls out of the math when calculating this). After the 3x10-25 seconds has passed, a W boson decays into one electron and one neutrino. Since neutrinos rarely interact with matter, we can ignore them from now on. The electron is propelled out of the atom at a high speed. The proton that was produced by the Beta decay stays in the atom nucleus, and raises the atomic number by one

https://simple.wikipedia.org/wiki/W_and_Z_bosons

Laten we dit maar eens uitrekenen

Energie W- boson = 80 GeV = 80*10^9 * 1,6*10^-19 = 1,3*10^-8 J

dE = 1,3*10^-8 J
dt = 3*10^-25 s

dE*dt = 3,9*10^-33

h=6,63*10^-34
h-bar = h/2Pi = 1,054*10^-34

h-bar / 2 = 5,027*10^-35

Dus dE*dt >= h-bar / 2

[ Bericht 4% gewijzigd door polderturk op 11-08-2016 12:33:03 ]

Ik had eigenlijk dE*dt >= h-bar / 2 niet nodig. Ik kan het ook met dx*dp >= h-bar / 2
Laat ik de minimale impuls en energie van een gluon berekenen bij een afstand tussen quarks van 0,8 fm en een afstand van 0,5 fm.

dx*dp >= h-bar / 2
0,8*10^-15 * dp >= 5,027*10^-35
dp >= 5,027*10^-35 / 0,8*10^-15 = 6,3*10^-20 kg*m/s^2
p = h/λ
E=m*c^2 = m*c*c = p*c = 1,88*10^-10 J = 1,2 GeV

Nu voor een afstand van 0,4 fm
dx*dp >= h-bar / 2
0,4*10^-15 * dp >= 5,027*10^-35
dp >= 5,027*10^-35 / 0,4*10^-15 = 1,26*10^-19 kg*m/s^2
p = h/λ
E=m*c^2 = m*c*c = p*c = 3,76*10^-10 J = 2,4 GeV

Wanneer je de afstand tussen quarks halveert dan verdubbelt de minimale energie van gluonen.