Чому Чорні Діри посеред галактик не висмоктують всю галактику?

Як зазначено в декількох джерелах, передбачається, що в кожній галактиці посеред чорної діри.

Моє запитання: чому ці чорні діри посеред галактик не висмоктують всю навколишню речовину в галактиці?

Не слід думати про чорні діри як про "всмоктування речей". Чорні діри взаємодіють із речовиною через гравітацію, точно так само, як і будь-який інший об’єкт. Подумайте про нашу Сонячну систему. Всі планети орбітують навколо Сонця, оскільки воно має велику масу. Оскільки планети мають деякий бічний рух (вони не рухаються прямо до сонця чи від нього), вони кружляють навколо нього. Це відомо як збереження імпульсу кута .

Якщо говорити про гравітацію, все важливе лише маса залучених предметів. Насправді не важливо, що це за об’єкт *. Якби ви замінили Сонце чорною дірою, яка мала ту саму масу, що і наше сонце, планети продовжували бись на тій же орбіті, що і раніше.

Тепер чорні діри в центрах більшості спіральних галактик накопичують масу. Деякі з цих чорних дір мають накопичувальні диски навколо них. Це закручені диски газу та пилу, які повільно потрапляють у чорну діру. Ці газові та пилові частинки втрачають кутовий імпульс завдяки взаємодії з газом і пилом поблизу та випромінюючи енергію як тепло. Деякі з цих чорних дір мають дуже великі накопичувальні диски і можуть генерувати величезну кількість електромагнітного випромінювання. Вони відомі як активні галактичні ядра .

Отже, довгі історії короткі, чорні діри не "смокчуть". Вони просто взаємодіють з речами гравітаційно. Зірки, газ та інша матерія в галактиці має кутовий імпульс, тому вона залишається на орбіті навколо центру галактики. Це не просто потрапляє прямо. Це та сама причина, що Земля орбітує навколо Сонця.

* Відмова: Коли ви говорите про такі речі, як припливні сили, вам потрібно враховувати розміри предметів. Але для орбітальної механіки нам не потрібно турбуватися про це, оскільки відстані між об'єктами, як правило, набагато більше, ніж самі об'єкти.

Я колись чув про японський мультфільм / фільм / шоу, де космічні пірати погрожували стиснути планету Юпітер у чорну діру і таким чином знищити половину галактики Чумацького Шляху.

Це звучить як цікава ідея, але ... навіть якби ви могли стиснути Юпітера в чорну діру, його маса залишилася б такою ж, це означає, що Юпітер (зараз це чорна діра) все одно буде продовжувати рухатися навколо нашого сонця на цій же орбіті , а супутники Юпітера все ще продовжували б орбітувати Юпітера, як і раніше.

Багато людей думають, що як тільки зірка впаде в чорну діру, її "смоктальна сила" (її гравітаційна сила) збільшується. Це просто не так. Вірите чи ні, багато зірок є менш масивними після того, як вони перетворюються на чорну діру, ніж раніше , коли вони сяяли зірки. Це тому, що наприкінці свого життя деякі зірки проливають значну частину свого зовнішнього шару в космос прямо перед тим, як вони впадуть у чорну діру.

Я читав, що якби ви стиснули Землю до розміру вишні, її щільність була б такою великою, що вона перетвориться на чорну діру. Якщо припустити, що це правда, і це було насправді зроблено, чорна діра Землі все одно продовжуватиме обхід Сонця один раз на рік, а Місяць Землі продовжуватиме обертати Землю приблизно один раз кожні 29,5 днів. (Тепер, обертання нової чорної діри-Землі навколо своєї осі, певно, було б інакше, але час, який знадобиться для орбіти Сонця, не зміниться.)

Дивно, що як тільки Земля стиснеться у чорну діру розміром з вишнею, у неї потрапить менше космічного сміття, ніж раніше (коли Земля була розміром із… ну Земля). Це тому, що новоутворена чорна діра Землі зайняла б набагато менше місця (об’єму), а астероїди та комети швидше пропустять об'єм вишні (або дещо більший за розмір вишні), який, якщо його не пропустити, це призведе до всмоктування сміття в чорну діру.

Якби сміття пропустило Чорну діру Землі навіть на кілометр (що може здатися нам великою відстані, але в астрономічному відношенні дуже мізерно), воно відкинеться в іншому напрямку, можливо, ніколи не повернеться.

Отже, в основному поширене помилкове уявлення людей щодо чорних дір полягає в тому, що ніщо не має більшої сили тяжкості, ніж чорна діра, і що зірки, які раптово утворюються в чорні діри, посилюють гравітацію і тому отримують більше "смоктальної сили". Це просто неправда. Чорні діри все ще мають ту саму масу, що і раніше (іноді менше, залежно від того, як вони утворені), а скільки "смоктальної сили" вони все ще залежать від того, яку масу вони складають.

Хоча може бути правдою, що наймасовіші зірки у Всесвіті - це справді чорні діри (якщо ви навіть тоді їх називали зірками ), існує багато зірок, які є більш масивними (і, отже, мають більше "смоктальної сили"), ніж багато чорних дір.

Отже, той факт, що центр нашої галактики, ймовірно, містить надмасивну чорну діру, не означає, що чорна діра всмоктує більше ніякої матерії, ніж якби вона була такою ж масою, яка, як бувало, не була у формі чорної діри.

Гравітація слідує закону зворотного квадрата. Простіше кажучи, якщо подвоїти відстань від джерела гравітації, то чверть - це ефект. Отже, якщо подвоїти відстань, яке ви знаходитесь від землі, ви відчуваєте 1/4 г. Важливо зауважити, що коли відстань збільшується, це ніколи не буде 0, це завжди буде деяке ненульове значення незалежно від відстані.

Отже, на галактичних відстанях сила тяжіння центральна чорна діра має дуже незначний вплив.

Це лише пояснює її частину. Інша частина - це збереження імпульсу кута.

Сила тяжіння та імпульс кута - це те, що відповідає за орбіти. В орбітальній механіці ви піднімаєте орбіту, додаючи швидкість, а не висоту. Ви додаєте імпульс кута, який піднімає вашу орбіту. Для опускання орбіти ви зменшуєте швидкість, що зменшує ваш кутовий імпульс і висоту.

Тож, щоб речі "впали" у чорну діру, вони повинні просуватися зі швидкістю, коли їх орбіта перетинає горизонт події. Так трапляється рідко, або ті "речі" справді не були б на орбіті. Отже, сам факт, що весь "матеріал", який складається з галактики, обертається навколо центральної чорної діри, означає, що він не може просто потрапити в неї.

Ці 3 речі завжди знаходяться в балансі на стабільній орбіті, силі тяжіння, швидкості та висоті (або відстані від джерела гравітації). Якщо ви змінюєте один з них, інші 2 також повинні змінюватися. Якщо ви знижуєте швидкість, ваша висота знижується, а сила тяжіння збільшується. При збільшенні сили тяжіння швидкість також повинна збільшуватися або висота зменшуватиметься.

Отже, ви бачите, що речі не можуть просто потрапити в чорну діру. Це сказало, що я вважаю, що з часом все в галактиці потрапить у центральну чорну діру, однак це займе багато мільярдів років.

Звичайно, це надто спрощує речі, і я аж ніяк не експерт у цій справі. Але це те, що я можу уявити в своєму розумі, баланс між імпульсом і силою тяжіння.

v

Ви також повинні враховувати темну матерію, яка гравітаційно взаємодіє з усією «гарячою речовиною», яку можна побачити в галактичному диску. Темна матерія була виявлена ​​шляхом ретельного відображення орбіт об'єктів у галактиках і виявлення, що речовина, яку можна було побачити, не може пояснювати спостережуваний орбітальний рух. Одна з таємниць темної матерії полягає в тому, що вона не затягується в чорну діру так, як є гаряча речовина. Темна речовина має практичний ефект балансування деякого гравітаційного витягу надмасивної чорної діри в центрі галактики.

Ну, я не студент фізики, але я думаю, що люди зазвичай виховують неправильне уявлення про "смоктання сили" чорної діри.

Розглянемо рівняння Ньютона для сили тяжіння:

ri$F = {Gm_im_j\over r_{ij}^2}$ для двох тіл i і j, а - відстань між центром маси двох тіл.$r_{ij}$

Тепер, якщо Сонце сьогодні раптом вирішило стати чорною дірою без проливання ваги, це не вплине на орбіту Землі, оскільки навіть якщо об'єм Сонця змінився, залишається постійним.$r_{ij}$

Причина, чому Чорні Діри «смокчуть», полягає в тому, що, оскільки вони займають надзвичайно менший об'єм порівняно з планетами та зірками, ви можете отримати компонент справді дуже маленьким.$r_{ij}$

Виправте мене, якщо я помиляюся.

Для галактик з великими чорними дірами навколишня речовина знаходиться на орбіті навколо чорної діри ( ям ) так само, як Місяць обертається навколо Землі.

Питання - це пряма аналогія " Чому Місяць не падає на землю? " Або " Чому планети не падають на сонце? ". Чорна діра є більш масивною, ніж Сонце, але її наслідки однотипні.

Швидкою відповіддю на ваше запитання буде горизонт подій або радіус Шварцшильда. Все, що досить близько до цього радіуса / горизонту, врешті-решт буде засмоктано чорною дірою.

Це поширене неправильне уявлення про чорні діри: що вони якимось чином «всмоктують» все навколо себе або втягують у них речі. Насправді ви могли замінити Сонце зараз чорною дірою такої ж маси і не помітити жодної негайної різниці. Це не так, як раптом він почав бити на планетах навколо нього, це просто не так, як це працює.

Будьте терплячі, зрештою, це буде, якщо швидкість розширення галактики не перевищить гравітаційний ріст чорної діри, оскільки вона споживає речовину навколо неї.

У такому сценарії галактика з часом розсіюється, і її матерія продовжує віддалятися від чорної діри до тих пір, поки не зустріне іншу галактику, і в цей момент у неї є хороший шанс врешті потрапити в чорну діру цієї галактики. Ніщо не збережеться назавжди .. :-)

Проста відповідь полягає в тому, що все інше в галактиці рухається збоку досить швидко, щоб уникнути засмоктування. Натомість сила всмоктування (якщо вам подобається) призводить до того, що стежки зірок тягнуться в коло навколо чорної діри.

Це явище - «орбіта». Як вказували інші відповіді, це та сама причина, що Земля не потрапляє на Сонце, або Місяць падає на Землю, і чому Міжнародна космічна станція крутиться приблизно зі швидкістю 17 150 миль на годину. Всі вони йдуть вбік, сила якогось великого предмета перетворює цей бічний рух у круговий рух, і якщо вони не йдуть досить швидко, то вони б криволінійно ("впали") у бік цього великого об'єкта і врізалися в нього.

Це як якщо ви крутите відро на кінці струни. Відро йде вбік, але струна тягне його до себе. Відро не відлітає від вас через силу струни, і тому воно вигинається по колу. Сили від струни, здається, недостатньо, щоб розвалити відро всередину і вдарити вас.

все про ENTROPY, пропорційне площі поверхні горизонту події чорної діри (див. нижче для евристичного квантового аргументу через Моффата / Ванга, чому це так).

Якщо припустити, що рішення Шварцшильда дає радіус 2 Гм для горизонту події з m масою чорної діри і постійною G Ньютона. Додавання маси до чорної діри таким чином збільшує її ентропію. Враховуючи ізольовану систему кінцевої сумарної енергії, вона має кінцеву максимальну ентропію, яка діє як атрактор для динаміки системи, встановлюючи обмеження на горизонті.

Дж. Нойман визначає квантовий варіант ентропії так: Нехай f - це нормальний стан локальної алгебри спостережуваних O (D), що діють на простір Гільберта H. Тоді ми можемо записати це f як опуклу суму чистих станів. Для системи кінцевої енергії ця сума є кінцевою, оскільки H тоді є кінцевим розмірним еквівалентом перегородки Фон Неймана є оператором щільності, тобто зваженою сумою проекцій на мінімальні векторні простори, що відповідають цим чистим станам. Тоді маємо добре відома еквівалентність;
Для такого нормального стану f ентропія фон Неймана визначається як ентропія ваг. Ми інтерпретуємо це як (зворотну) міру кількості інформації, яку квантова система в заданому стані отримає за допомогою вимірювання. Чим більша ентропія квантової системи, тим менше інформації можна отримати. Ентропія фон Неймана Чорної Діри Процес вимірювання не може здійснюватися зовнішнім спостерігачем за елементами всередині, поза горизонтом подій. Таким чином, ми розділяємо горизонт події чорної діри з елементами кожної площі k у квадраті, де k - довжина Планка, і припускаємо, що площа Планка класично відповідає мінімальній проекції стану чистого вектора. Нехай N - загальна кінцева кількість розділів. За гіпотезою "без волосся" немає кращого місця розташування на горизонті подій, так що кожен елемент перегородки повинен мати однакове зважування. Ентропія фон Неймана цієї перегородки пропорційна S площі поверхні чорної діри.