Fragmentierung in gravitativ instabilen Kollapsar-Scheiben und subsolare Neutronensternfusionen

Zusammenfassung Obwohl stabile Neutronensterne (NSs) prinzipiell bis zu M ns ≈ 0,1 M ⊙ existieren können, prognostizieren Standardmodelle des stellaren Kernkollapses ein robustes unteres Limit von M ns ≳ 1,2 M ⊙, was grob dem Chandrasekhar-Mass M Ch des Eisenkerns des Progenitors entspricht (Elektronenfraktion Y e ≈ 0,5). Dieses Limit könnte jedoch in ausreichend dichten neutronenreichen Umgebungen umgangen werden ( Y e M Ch ∝ Y e 2 wird auf ≲1 M ⊙ reduziert). Solche physikalischen Bedingungen könnten in den Akkretionsscheiben von schwarzen Löchern entstehen, die aus dem Kollaps schnell rotierender Sterne („Kollapsare“) resultieren, als Ergebnis von gravitativen Instabilitäten und kühlloginduzierter Fragmentierung, ähnlich wie Modelle zur Planetenbildung in protostellarischen Scheiben. Wir bestätigen, dass die Bedingungen zur Bildung von subsolaren Neutronensternen (ssNS) in den äußeren Regionen massiver neutrinogekühlter Kollapsar-Scheiben möglicherweise knapp erfüllt sein könnten. Wenn die Scheibe in mehrere ssNSs fragmentiert, bietet deren anschließende Verschmelzung einen Kanal zur Auslösung von subsolaren LIGO/Virgo-Gravitationswellenfusionen, die keine primordialen schwarzen Löcher implizieren. Das Modell macht mehrere zusätzliche Vorhersagen: (1) ∼Hz Frequenz-Dopplermodulation der ssNS-Fusions-Gravitationswellensignale aufgrund der orbitalen Bewegung des Binärsystems in der Scheibe; (2) mindestens ein zusätzliches Gravitationswellenereignis (zufällig innerhalb von ≲ Stunder), von der Verschmelzung der(ssNS-Fusionsreste) mit dem zentralen schwarzen Loch; (3) einen assoziierten Gamma-Explosions- und Supernova-Gegenpart, wobei letzterer in Energie verstärkt und mit r-Prozess-Elementen aus der(ns-Fusion) angereichert ist, die sich im explodierenden stellaren Hüllmaterial befinden („Kilonovae in einer Supernova“).