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.
= 6 G M/ c2METROmetro∼ G Mm c2/ 6GM= m c2/ 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.