Tutte le galassie hanno un buco nero al centro?

Sarei corretto se affermassi che tutte le galassie hanno un buco nero al centro? Poiché altre galassie orbitano attorno a un punto centrale in una galassia - il baricentro, giusto? - Suppongo che a questo punto ci debba essere una folle attrazione gravitazionale. Quali solo i buchi neri possono creare, giusto?

(Se questo è un po 'vago, per favore, dimmelo, così posso chiarire!)
Sono un principiante assoluto per l'astronomia in generale, quindi mi dispiace se questa domanda non ha alcun senso.

black-hole galaxy galaxy-center

— FutureCake
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Perché dici che "deve avere una folle attrazione gravitazionale"? Roba orbita attorno al baricentro perché è il centro di massa, non deve essere una grande concentrazione di massa. FWIW, per le galassie con un BH centrale, la massa di quel BH è una piccola frazione della massa dell'intera galassia. Non è come se il BH domina la struttura gravitazionale della galassia, anche se ovviamente ha un effetto abbastanza grande nelle immediate vicinanze del BH.

— PM 2Ring

Dov'è il buco nero nel mezzo di ogni sistema binario che fa orbitare le stelle nel baricentro? La massa delle stelle è più che sufficiente, non hai bisogno che orbitino per qualcos'altro. Risolvi per un sistema stellare binario e vedrai che lo stesso meccanismo funziona ancora per n-corpi.

— Luaan,

@ PM2Ring: Anche se questo è un risultato fisico abbastanza noto, ignora la domanda fondamentale: tutta quella massa sarebbe anche lì concentrata in una galassia senza un buco nero? O i buchi neri sono essenziali per la formazione di inizi e il loro raggruppamento in una galassia?

— Salterio,

@MSalters Certo, i buchi neri centrali potrebbero essere importanti nella formazione della galassia, ma non vedo come siano rilevanti per la formazione stellare. E poi devi spiegare le galassie a spirale senza un BH centrale. Hanno perso il loro BH, ad esempio in una collisione? In tal caso, come sono riusciti a mantenere la loro struttura a spirale? FWIW, non abbiamo ancora una buona teoria per spiegare come i BH super massicci siano così massicci. Ho il sospetto che dobbiamo imparare di più sul ruolo della materia oscura per affrontare correttamente queste domande.

— PM 2Ring

@AndrewMorton Se si tiene conto solo della gravità e si ignorano le onde gravitazionali, no - le orbite sono stabili. Il sistema reale è più complicato, perché le stelle non sono sfere inerti, perfettamente solide, ad esempio stanno perdendo grandi quantità di massa a causa dei venti solari. Non ne sono sicuro, ma penso che le stelle binarie della sequenza principale stiano effettivamente espandendo lentamente le loro orbite mentre la massa orbitante diminuisce. Diventa molto più complicato una volta aggiunte cose come l'evoluzione solare, ovviamente, ma la cosa "spirale verso il centro" ha bisogno di un modo per perdere enormi quantità di energia orbitale.

— Luaan,

Risposte:

La risposta qui è sicuramente no. Molte galassie nane (ad esempio le nuvole di Magellano ) non contengono buchi neri supermassicci, sebbene alcuni possano contenere buchi neri a massa intermedia meno massicci ( Mezcua et al.2018 ). Poiché sono il tipo più numeroso di galassia nell'universo, è possibile che la maggior parte delle galassie, in realtà, non contengano buchi neri supermassicci. Questo non dovrebbe essere troppo sorprendente; se le teorie dal basso verso l'alto della formazione di buco nero supermassiccio sono corrette, molti buchi neri a massa intermedia devono fondersi per formare uno massiccio. Le galassie nane semplicemente non avrebbero (o sarebbero in grado di formare) la popolazione richiesta, nella maggior parte dei casi.

Detto questo, è stato osservato che diverse galassie nane ospitano buchi neri supermassicci (tra cui M60-UCD1 e Hen 2-10 , tra gli altri). Questi hanno fornito e continuano a fornire spunti sulla formazione e l'evoluzione delle galassie a bassa massa.

Alcuni utenti qui hanno anche identificato alcune galassie enormi senza buchi neri supermassicci, tra cui M33 e A2261-BCG . Il primo ha un rigonfiamento, ma la dispersione della velocità stellare centrale è bassa, il che implica che non vi è alcun buco nero nel suo nucleo ( Merritt et al. 2001 ), supponendo che i parametri richiesti siano noti abbastanza bene. In A2261-BCG, è possibile che uno o più buchi neri supermassicci centrali siano stati espulsi , lasciando un nucleo "gonfio" senza un buco nero. Ricorda, ovviamente, che questa è solo una possibile spiegazione per la distribuzione osservata di stelle in A2261-BCG.

In generale, un buco nero supermassiccio centrale non influenza la cinematica su larga scala di stelle e gas all'interno di una galassia. La maggior parte dei buchi neri supermassicci sono molto meno massicci della loro galassia ospite; Credo che Sag A *, al centro della Via Lattea, sia nell'ordine dello 0,001% circa della massa totale della galassia. Anche enormi ellittiche come NGC 4889 hanno buchi neri circa lo 0,1% della loro massa totale. Per quanto ne so, i nani ultra-compatti hanno i più alti rapporti di massa da buco nero a galassia, con un esempio estremo di M60-UCD1 precedentemente menzionato.

— HDE 226868
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l'idea degli SMBH espulsi è intrigante, dato che ciò implicherebbe che tali oggetti che vagano tra le galassie avranno poche possibilità di essere rilevati.

— Michael,

@Michael È sicuramente una prospettiva interessante. Detto questo, i nuclei galattici attivi espulsi sarebbero comunque rilevabili, poiché di solito sono molto più luminosi delle loro galassie ospiti e perché dovrebbero essere in grado di trattenere i dischi di accrescimento per qualche tempo dopo l'espulsione. HE0450-2958 potrebbe essere un AGN espulso (anche se l'interpretazione del quasar nudo non è ben accettata), e SDSS J0927 + 2943 e 3C 186 sono AGN che sono stati probabilmente espulsi, ma sono ancora rilevabili.

— HDE 226868

Vale la pena notare che il post originale non ha chiesto buchi neri supermassicci . Solo vecchi buchi neri regolari. Cosa si intende dire che non ci sono nessun buchi neri al centro delle Nubi di Magellano?

— S. Imp

Si presume generalmente che la maggior parte delle galassie abbia un buco nero al centro. Ci sono galassie che abbiamo rilevato che non sembrano avere un buco nero, quindi non è un requisito necessario o una ricerca garantita in ogni caso.

In casi senza buco nero, è stato ipotizzato che la gravità delle stelle e dei gas combinati sia sufficiente per tenere insieme la galassia.

— Kyle
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Anche nelle galassie con buchi neri centrali, la gravità delle stelle e del gas (e della materia oscura) è sufficiente per tenerlo insieme; il buco nero è quasi sempre una frazione molto piccola del totale. (Ad esempio, il buco nero centrale della Via Lattea è circa un decimillesimo della massa combinata delle stelle della Via Lattea.)

— Peter Erwin,

Alcuni riferimenti sarebbero carini.

— pela,

Limite superiore di 1500 masse solari su qualsiasi possibile BH al centro di M33: iopscience.iop.org/article/10.1086/323481/meta

— Peter Erwin,

@TED Quell'analogia non funziona del tutto, perché sappiamo che i buchi neri nei centri delle galassie sono solo una piccola parte della massa dell'intera galassia. D'altra parte, i sistemi planetari sono probabilmente completamente dominati dalla massa delle stelle - e il nostro sistema solare è già molto più massiccio della maggior parte dei sistemi stellari. Naturalmente, le nostre osservazioni su altri sistemi planetari sono ancora molto limitate, quindi potrebbero esserci delle sorprese. Ma sappiamo già che puoi avere complessi "sistemi planetari" senza una stella - guarda solo Giove o Saturno.

— Luaan,

Penso che la maggior parte delle galassie - che sono galassie nane, non hanno buchi neri.

— Rob Jeffries,