Perché i buchi neri nel mezzo delle galassie non risucchiano l'intera galassia?

Come affermato in diverse fonti, si suppone che in ogni galassia vi sia un buco nero nel mezzo.

La mia domanda è: perché questi buchi neri nel mezzo delle galassie non risucchiano tutta la materia circostante nella galassia?

Non dovresti pensare ai buchi neri come a "succhiare le cose". I buchi neri interagiscono con la materia attraverso la gravità, esattamente come qualsiasi altro oggetto. Pensa al nostro sistema solare. Tutti i pianeti orbitano attorno al sole perché ha molta massa. Poiché i pianeti hanno qualche movimento laterale (non si muovono direttamente verso o lontano dal sole), vi ruotano attorno. Questo è noto come conservazione del momento angolare .

Quando si parla di gravità, tutto ciò che conta è la massa degli oggetti coinvolti. Non importa che tipo di oggetto sia *. Se dovessi sostituire il sole con un buco nero che aveva la stessa massa del nostro sole, i pianeti continuerebbero esattamente sulle stesse orbite di prima.

Ora, i buchi neri ai centri della maggior parte delle galassie a spirale accumulano massa. Alcuni di questi buchi neri hanno dei dischi di accrescimento intorno a loro. Questi sono vorticosi dischi di gas e polvere che lentamente cadono nel buco nero. Queste particelle di gas e polvere perdono il loro momento angolare attraverso interazioni con gas e polvere nelle vicinanze e irradiando energia sotto forma di calore. Alcuni di questi buchi neri hanno dischi di accrescimento molto grandi e possono generare enormi quantità di radiazioni elettromagnetiche. Questi sono noti come nuclei galattici attivi .

Quindi, per farla breve, i buchi neri non "succhiano". Interagiscono semplicemente con le cose in modo gravitazionale. Le stelle, il gas e altra materia nella galassia hanno un momento angolare, quindi rimangono in orbita attorno al centro della galassia. Non si limita a cadere direttamente. Questa è la stessa ragione per cui la Terra orbita attorno al Sole.

* Disclaimer: quando parli di cose come le forze di marea, devi tener conto della dimensione degli oggetti. Ma per la meccanica orbitale, non dobbiamo preoccuparci perché le distanze tra gli oggetti sono generalmente molto più grandi degli oggetti stessi.

Una volta ho sentito parlare di un cartone animato / film / spettacolo giapponese in cui i pirati spaziali minacciavano di comprimere il pianeta Giove in un buco nero e quindi distruggere metà della galassia della Via Lattea.

Sembra un'idea interessante, ma ... anche se potessi comprimere Giove in un buco nero, la sua massa rimarrebbe la stessa, il che significa che Giove (ora un buco nero) continuerebbe comunque a muoversi attorno al nostro sole nella sua stessa orbita e le lune di Giove continuerebbero comunque a orbitare attorno a Giove come prima.

Molte persone pensano che una volta che una stella collassa in un buco nero, il suo "potere succhiante" (la sua forza gravitazionale) aumenta. Questo non è semplicemente il caso. Che ci crediate o no, molte stelle sono meno massicce dopo che si trasformano in un buco nero rispetto a prima , quando brillavano stelle. Questo perché, alla fine della loro vita, alcune stelle hanno gettato una parte significativa del loro strato esterno nello spazio proprio prima di crollare in un buco nero.

Ho letto che se comprimessi la Terra delle dimensioni di una ciliegia, la sua densità sarebbe così grande che si trasformerebbe in un buco nero. Supponendo che fosse vero ed è stato effettivamente fatto, il buco nero della Terra continuerebbe ancora ad orbitare attorno al sole una volta all'anno e la luna terrestre continuerebbe ad orbitare attorno alla Terra circa una volta ogni 29,5 giorni. (Ora, la rotazione della nuova Terra-buco nero attorno al suo asse sarebbe probabilmente diversa, ma il tempo necessario per orbitare attorno al sole non cambierebbe.)

Sorprendentemente, una volta che la Terra fosse stata compressa in un buco nero delle dimensioni di una ciliegia, vi sarebbero caduti meno detriti spaziali rispetto a prima (quando la Terra aveva le dimensioni di ... beh, la Terra). Questo perché la Terra di buco nero appena formata occuperebbe molto meno spazio (volume) e gli asteroidi e le comete avrebbero più probabilità di perdere il volume delle dimensioni di una ciliegia (o leggermente più grande delle dimensioni di una ciliegia) che, se non mancato, farebbe risucchiare i detriti nel buco nero.

Se i detriti mancassero il buco nero-Terra anche di un solo chilometro (che potrebbe sembrare una grande distanza per noi, ma è molto minuscolo in termini astronomici), sarebbe scagliato in una direzione diversa, forse non tornerà mai più.

Quindi, fondamentalmente, un malinteso comune che la gente ha riguardo ai buchi neri è che nulla ha più gravità di un buco nero, e che le stelle che si formano in buchi neri all'improvviso hanno una gravità maggiore e quindi ottengono più "potere di succhiare". Questo semplicemente non è vero. I buchi neri hanno ancora la stessa massa di prima (a volte meno, a seconda di come si formano) e quanta "potenza di suzione" hanno ancora dipende da quanta massa sono costituiti.

Mentre può essere vero che le stelle più massicce nell'universo siano effettivamente buchi neri (se in quel punto le chiamassi anche stelle ), esistono molte stelle che sono più massicce (e quindi hanno più "potere di succhiare") di molti buchi neri.

Quindi il fatto che il centro della nostra galassia contenga probabilmente un buco nero super massiccio non significa che il buco nero risuccherebbe più materia che se fosse la stessa quantità di massa che non era in forma di buco nero.

La gravità segue la legge del quadrato inverso. Per dirla semplicemente se raddoppi la distanza da una sorgente di gravità il tuo quarto è un effetto. Quindi se raddoppi la distanza che sei dalla terra ti senti 1/4 g. È importante notare che all'aumentare della distanza non sarà mai 0, sarà sempre un valore diverso da zero indipendentemente dalla distanza.

Quindi a distanze galattiche la forza di gravità il buco nero centrale ha un effetto molto scarso.

Questo spiega solo in parte. L'altra parte è la conservazione del momento angolare.

La forza di gravità e il momento angolare sono responsabili delle orbite. Nella meccanica orbitale alzi la tua orbita aggiungendo velocità, non altitudine. Il tuo momento angolare aggiunto che aumenta la tua orbita. Per abbassare l'orbita si riduce la velocità che riduce il momento angolare e l'altitudine.

Quindi, affinché le cose "cadano" in un buco nero, devono viaggiare ad una velocità in cui la loro orbita interseca l'orizzonte degli eventi. Questo è raramente il caso o quelle "cose" non sarebbero veramente in orbita per cominciare. Quindi il fatto stesso che tutta la "roba" che compone la galassia orbita attorno al buco nero centrale significa che non può semplicemente cadere dentro.

Queste 3 cose sono sempre in equilibrio in un'orbita stabile, forza di gravità, velocità e altitudine (o distanza dalla sorgente di gravità). Se si cambia uno di essi, anche l'altro 2 deve cambiare. Se diminuisci la velocità, l'altitudine diminuisce e la gravità aumenta. Se si aumenta la gravità, anche la velocità deve aumentare o l'altitudine diminuirà.

Quindi vedi che le cose non possono semplicemente cadere nel buco nero. Detto questo, a mio avviso, alla fine tutto nella galassia cadrà nel buco nero centrale, tuttavia ciò richiederà molti miliardi di anni.

Naturalmente questo semplifica eccessivamente le cose, e io non sono affatto un esperto di queste cose. Ma è qualcosa che posso immaginare nella mia mente, l'equilibrio tra quantità di moto e gravità.

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Devi anche tener conto della materia oscura che interagisce gravitazionalmente con tutta la "materia calda" che può essere vista nel disco galattico. La materia oscura è stata scoperta mappando attentamente le orbite degli oggetti nelle galassie e scoprendo che la materia che poteva essere vista non poteva spiegare il movimento orbitale osservato. Uno dei misteri della materia oscura è che non viene attirato nel buco nero come è la materia calda. La materia oscura ha l'effetto pratico di bilanciare parte dell'attrazione gravitazionale del buco nero supermassiccio al centro della galassia.

Beh, non sono uno studente di fisica, ma penso che le persone di solito nutrano l'idea sbagliata del "potere di succhiare" di un buco nero per una ragione.

Consideriamo l'equazione di Newton per gravità:

$F = {Gm_im_j\over r_{ij}^2}$$r_{ij}$

$r_{ij}$

$r_{ij}$

Correggimi se sbaglio.

Per le galassie con grandi buchi neri, la materia circostante è in orbita attorno ai buchi neri, allo stesso modo in cui la luna orbita attorno alla terra.

La domanda è un'analogia diretta con " Perché la Luna non cade a terra? " O " Perché i pianeti non cadono nel sole? ". Il buco nero è più massiccio del Sole, ma i suoi effetti sono dello stesso tipo.

Una risposta rapida alla tua domanda potrebbe essere l'orizzonte degli eventi o il raggio di Schwarzschild. Tutto ciò che è abbastanza vicino a questo raggio / orizzonte verrà alla fine risucchiato dal buco nero.

Questo è un malinteso comune sui buchi neri: che in qualche modo "succhiano" tutto ciò che li circonda o vi inseriscono delle cose. In realtà ora potresti sostituire il Sole con un buco nero della stessa massa e non notare alcuna differenza immediata. Non è che inizierebbe improvvisamente ad aspirare nei pianeti attorno ad esso, non è così che funziona.

Sii paziente, alla fine lo farà a meno che il tasso di espansione della galassia non superi la crescita gravitazionale del buco nero mentre consuma la materia circostante.

In quello scenario la galassia alla fine si diffonderà, con la sua materia che continuerà a spostarsi dal buco nero fino a quando non incontra un'altra galassia, a quel punto ha buone probabilità di essere risucchiata nel buco nero di quella galassia. Niente sopravvive per sempre .. :-)

La semplice risposta è che tutto il resto della galassia sta andando lateralmente abbastanza velocemente da sfuggire all'essere risucchiato. Invece, la forza della suzione (se vuoi) fa sì che i percorsi delle stelle vengano trascinati in un cerchio attorno al buco nero.

Questo fenomeno è "orbita". Come sottolineato da altre risposte, è la stessa ragione per cui la Terra non cade nel Sole, o la Luna cade sulla Terra, e perché la Stazione Spaziale Internazionale si muove a circa 17.150 miglia all'ora. Stanno tutti andando lateralmente, la forza di qualche grande oggetto sta trasformando quel movimento laterale in movimento circolare, e se non stessero andando abbastanza velocemente si curverebbero ("cadono") verso quel grande oggetto e si schiantano contro di esso.

È come se fai roteare un secchio all'estremità di una corda. Il secchio sta andando lateralmente, ma la corda lo sta tirando verso di te. Il secchio non vola via da te a causa della forza della corda e quindi si curva in un cerchio. La forza della corda sembra non essere sufficiente per far crollare il secchio verso l'interno e colpirti.

è tutto su ENTROPY che è proporzionale alla superficie dell'orizzonte degli eventi di un buco nero (vedi sotto per una discussione quantistica euristica dovuta a Moffat / Wang sul perché sia ​​così).

Supponendo che una soluzione di Schwarzschild dia un raggio di 2 Gm per l'orizzonte degli eventi con la massa del buco nero e la costante di G Newton. L'aggiunta di massa a un buco nero aumenta così la sua entropia. Dato un sistema isolato di energia totale finita, ha un'entropia massima finita che funge da attrattore per la dinamica del sistema, ponendo un limite all'orizzonte.

J von Neumann definisce una versione quantistica dell'entropia come segue: Sia f uno stato normale di un'algebra locale di osservabili O (D) che agisce sullo spazio di Hilbert H. Quindi possiamo scrivere questa f come una somma convessa di stati puri. Per un sistema di energia finita questa somma è finita poiché H è quindi di dimensione finita L'equivalente non commutativo di una partizione di Von Neumann è l'operatore di densità, cioè la somma ponderata delle proiezioni sugli spazi vettoriali minimi corrispondenti a questi stati puri Quindi abbiamo il ben nota equivalenza;
Per un tale stato normale f, l'entropia di von Neumann è definita come l'entropia dei pesi. Lo interpretiamo come una misura (inversa) della quantità di informazioni che il sistema quantistico in un dato stato produrrà attraverso la misurazione. Maggiore è l'entropia del sistema quantistico, meno informazioni possono essere estratte. L'entropia di von Neumann di un buco nero Il processo di misurazione non può essere eseguito da un osservatore esterno verso elementi all'interno, oltre l'orizzonte degli eventi. Dividiamo così l'orizzonte degli eventi del buco nero con elementi ciascuno dell'area k al quadrato, dove k è la lunghezza di Planck e assumiamo che l'area di Planck corrisponda classicamente alla proiezione minima dello stato vettoriale puro. Sia N il numero finito totale di partizioni. Secondo l'ipotesi 'no hair' non esiste una posizione preferita sull'orizzonte degli eventi, quindi ogni elemento di partizione deve avere lo stesso peso. L'entropia di von Neumann di questa partizione è quindi proporzionale a S la superficie del buco nero.