Почему черные дыры в центре галактик не поглощают всю галактику?

Как указано в нескольких источниках, предполагается, что в каждой галактике есть черная дыра в середине.

Мой вопрос: почему эти черные дыры в центре галактик не поглощают всю окружающую материю в галактике?

Вы не должны думать о черных дырах как о "всасывании вещей". Черные дыры взаимодействуют с веществом посредством гравитации, так же, как и любой другой объект. Подумайте о нашей Солнечной системе. Все планеты вращаются вокруг Солнца, потому что оно имеет массу. Поскольку планеты имеют некоторое боковое движение (они не движутся прямо к Солнцу или от него), они вращаются вокруг него. Это известно как сохранение момента импульса .

Когда речь идет о гравитации, все, что имеет значение, это масса вовлеченных объектов. Неважно, что это за объект *. Если бы вы заменили Солнце черной дырой, масса которой была бы такой же, как у нашего Солнца, планеты продолжали бы двигаться по тем же орбитам, что и раньше.

Теперь черные дыры в центрах большинства спиральных галактик накапливают массу. У некоторых из этих черных дыр есть аккреционные диски . Это закрученные диски газа и пыли, которые медленно падают в черную дыру. Эти частицы газа и пыли теряют свой момент импульса из-за взаимодействия с газом и пылью поблизости и из-за излучения энергии в виде тепла. Некоторые из этих черных дыр имеют очень большие аккреционные диски и могут генерировать огромное количество электромагнитного излучения. Они известны как активные галактические ядра .

Итак, короче говоря, черные дыры не "сосут". Они просто взаимодействуют с вещами гравитационно. Звезды, газ и другие вещества в галактике имеют момент импульса, поэтому он остается на орбите вокруг центра галактики. Он не просто падает прямо внутрь. Это та же самая причина, по которой Земля вращается вокруг Солнца.

* Отказ от ответственности: когда вы говорите о таких вещах, как приливные силы, вам необходимо учитывать размер объектов. Но для орбитальной механики нам не нужно беспокоиться об этом, потому что расстояния между объектами обычно намного больше, чем сами объекты.

Однажды я слышал о японском мультфильме / фильме / шоу, где космические пираты угрожали сжать планету Юпитер в черную дыру и таким образом уничтожить половину галактики Млечный путь.

Это звучит как интересная идея, но ... даже если бы вы могли сжать Юпитер в черную дыру, его масса осталась бы такой же, то есть Юпитер (теперь черная дыра) все еще продолжал бы вращаться вокруг нашего Солнца на той же орбите и спутники Юпитера все еще будут продолжать вращаться вокруг Юпитера, как они делали раньше.

Многие люди думают, что как только звезда падает в черную дыру, ее «сила всасывания» (ее гравитационная сила) увеличивается. Это просто не тот случай. Верьте или нет, многие звезды становятся менее массивными после того, как они превращаются в черную дыру, чем раньше , когда они были сияющими звездами. Это связано с тем, что в конце своей жизни некоторые звезды теряют значительную часть своего внешнего слоя в космосе, прежде чем они упадут в черную дыру.

Я читал, что если бы вы сжали Землю до размеров вишни, ее плотность была бы настолько велика, что она превратилась бы в черную дыру. Предполагая, что это правда, и это действительно было сделано, черная дыра Земли будет продолжать вращаться вокруг Солнца один раз в год, а луна Земли будет продолжать вращаться вокруг Земли примерно один раз каждые 29,5 дней. (Теперь вращение новой черной дыры-Земли вокруг своей оси, вероятно, будет другим, но время, которое потребуется, чтобы вращаться вокруг Солнца, не изменится.)

Удивительно, но как только Земля сжимается в черную дыру размером с вишню, в нее может попасть меньше космического мусора, чем раньше (когда Земля была размером ... ну, Земля). Это связано с тем, что вновь образованная черная дыра-Земля будет занимать гораздо меньше места (объема), а астероиды и кометы с большей вероятностью будут пропускать объем размером с вишню (или немного больше, чем размер вишни), который, если его не пропустить, мусор засосет в черную дыру.

Если обломки пропустят Землю черной дыры даже на километр (что может показаться нам большим расстоянием, но очень незначительным в астрономических терминах), он будет отброшен в другом направлении, возможно, никогда не вернется.

Так что, по сути, распространенное заблуждение людей в отношении черных дыр заключается в том, что ничто не имеет большей гравитации, чем черная дыра, и что звезды, которые внезапно образуются в черных дырах, имеют повышенную гравитацию и, следовательно, получают больше «силы всасывания». Это просто неправда. Черные дыры по-прежнему имеют ту же массу, что и раньше (иногда меньше, в зависимости от того, как они образовались), и от того, сколько у них "силы сосания", все еще зависит от того, из какой массы они состоят.

Хотя это может быть правдой, что самые массивные звезды во вселенной действительно являются черными дырами (если вы даже назовете их звездами в этот момент), существует много звезд, которые являются более массивными (и, следовательно, обладают большей «силой всасывания»), чем много черных дыр.

Таким образом, тот факт, что центр нашей галактики, вероятно, содержит сверхмассивную черную дыру, не означает, что черная дыра будет поглощать больше материи, чем если бы это было то же количество массы, которое оказалось не в форме черной дыры.

Гравитация следует закону обратного квадрата. Проще говоря, если вы удвоите расстояние от источника гравитации, то ваша четверть - это эффект. Таким образом, если вы удвоите расстояние от земли, вы почувствуете 1 / 4g. Важно отметить, что при увеличении расстояния оно никогда не будет равно 0, оно всегда будет иметь ненулевое значение независимо от расстояния.

Так что на галактических расстояниях сила тяжести центральной черной дыры оказывает очень незначительное влияние.

Это только объясняет часть этого. Другая часть - сохранение момента импульса.

Сила гравитации и угловой момент - вот что отвечает за орбиты. В орбитальной механике вы поднимаете свою орбиту, прибавляя скорость, а не высоту. Вы добавляете момент импульса, который поднимает вашу орбиту. Чтобы понизить свою орбиту, вы уменьшаете свою скорость, которая уменьшает ваш угловой момент и вашу высоту.

Таким образом, чтобы вещи «упали» в черную дыру, они должны двигаться со скоростью, при которой их орбита пересекает горизонт событий. Это редко имеет место, иначе эти «вещи» не были бы действительно на орбите с самого начала. Таким образом, сам факт того, что все «вещество», составляющее галактику, вращается вокруг центральной черной дыры, означает, что она не может просто упасть в нее.

Эти 3 вещи всегда находятся в равновесии на стабильной орбите, силе гравитации, скорости и высоте (или расстоянии от источника гравитации). Если вы измените один из них, другой 2 также должен измениться. Если вы уменьшаете скорость, ваша высота снижается, а гравитация увеличивается. Если вы увеличите гравитацию, скорость также должна увеличиться, иначе высота уменьшится.

Итак, вы видите, что вещи не могут просто упасть в черную дыру. Тем не менее, я считаю, что в конечном итоге все в галактике попадет в центральную черную дыру, однако это займет много миллиардов лет.

Конечно, это слишком упрощает вещи, и я ни в коем случае не эксперт в этом деле. Но это то, что я могу себе представить, баланс между импульсом и гравитацией.

v

Вы также должны учитывать темную материю, которая гравитационно взаимодействует со всей «горячей материей», которую можно увидеть в галактическом диске. Темная материя была обнаружена путем тщательного картирования орбит объектов в галактиках и определения того, что видимая материя не может объяснить наблюдаемое орбитальное движение. Одна из загадок темной материи заключается в том, что она не втягивается в черную дыру, как горячая материя. Темная материя имеет практический эффект уравновешивания некоторого гравитационного притяжения сверхмассивной черной дыры в центре галактики.

Ну, я не студент физики, но я думаю, что люди обычно лелеют неправильное представление о "способности сосать" черной дыры по какой-то причине.

Давайте рассмотрим уравнение Ньютона для гравитации:

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

$r_{ij}$

$r_{ij}$

Поправьте меня если я ошибаюсь.

Для галактик с большими черными дырами окружающее вещество находится на орбите вокруг черной (ых) дыры, так же, как луна вращается вокруг Земли.

Вопрос в прямой аналогии с « Почему Луна не падает на землю? » Или « Почему планеты не падают на Солнце? ». Черная дыра более массивна, чем Солнце, но ее эффекты того же типа.

Одним из быстрых ответов на ваш вопрос будет горизонт событий или радиус Шварцшильда. Все, что достаточно близко к этому радиусу / горизонту, будет в конечном итоге засосано черной дырой.

Это распространенное заблуждение о черных дырах: они как-то «высасывают» все вокруг себя или втягивают в них вещи. В действительности вы можете заменить Солнце черной дырой той же массы и не заметить каких-либо непосредственных различий. Не то, чтобы это внезапно начало пылесосить на планетах вокруг него, просто это не так.

Будьте терпеливы, в конечном итоге это произойдет, если скорость расширения галактики не превысит гравитационный рост черной дыры, поскольку она поглощает вещество вокруг нее.

В этом сценарии галактика будет в конечном итоге диффундировать, и ее материя будет продолжать удаляться от черной дыры, пока не встретится с другой галактикой, и в этот момент у нее есть все шансы в конечном итоге оказаться втянутой в черную дыру галактики. Ничто не выживает вечно .. :-)

Простой ответ заключается в том, что все остальное в галактике движется вбок достаточно быстро, чтобы избежать попадания внутрь. Вместо этого сила всасывания (если хотите) заставляет траектории звезд втягиваться в круг вокруг черной дыры.

Это явление "орбита". Как указывали другие ответы, это та же самая причина, по которой Земля не падает на Солнце или Луна падают на Землю, и почему Международная космическая станция движется со скоростью около 17 150 миль в час. Все они движутся вбок, сила какого-то большого объекта превращает это боковое движение в круговое движение, и если они не движутся достаточно быстро, то они изгибаются («падают») в направлении этого большого объекта и врезаются в него.

Это как если бы вы крутили ведро на конце струны. Ведро движется вбок, но нить тянет его к вам. Ведро не отлетает от вас из-за силы струны, поэтому оно изгибается по кругу. Сила от струны оказывается недостаточной, чтобы свернуть ведро внутрь и ударить вас.

все дело в ENTROPY, которая пропорциональна площади поверхности горизонта событий черной дыры (см. ниже эвристический квантовый аргумент из-за Моффата / Вана относительно того, почему это так).

Предполагая, что решение Шварцшильда дает радиус 2 Гм для горизонта событий с массой черной дыры и постоянной Н Ньютона. Добавление массы к черной дыре, таким образом, увеличивает ее энтропию. Учитывая изолированную систему конечной полной энергии, она имеет конечную максимальную энтропию, которая действует как аттрактор для динамики системы, накладывая ограничение на горизонт.

Йон фон Нейман определяет квантовую версию энтропии следующим образом. Пусть f - нормальное состояние локальной алгебры наблюдаемых O (D), действующих на гильбертовом пространстве H. Тогда мы можем записать это f в виде выпуклой суммы чистых состояний. Для системы конечной энергии эта сумма конечна, так как тогда H является конечномерным некоммутативным эквивалентом разбиения фон Неймана является оператор плотности, т.е. взвешенная сумма проекций на минимальные векторные пространства, соответствующие этим чистым состояниям. Тогда имеем общеизвестная эквивалентность;
Для такого нормального состояния f энтропия фон Неймана определяется как энтропия весов. Мы интерпретируем это как (обратную) меру количества информации, которую квантовая система в данном состоянии даст посредством измерения. Чем больше энтропия квантовой системы, тем меньше информации можно извлечь. Энтропия фон Неймана черной дыры Процесс измерения не может быть выполнен внешним наблюдателем для элементов внутри, за пределами горизонта событий. Таким образом, мы разделяем горизонт событий черной дыры с элементами, каждый из которых имеет площадь k в квадрате, где k - длина Планка, и предполагаем, что область Планка классически соответствует минимальной проекции состояния чистого вектора. Пусть N будет общим конечным числом разбиений. По гипотезе «нет волос» нет предпочтительного местоположения на горизонте событий, поэтому каждый элемент разбиения должен иметь одинаковый вес. Энтропия фон Неймана этого разбиения, таким образом, пропорциональна S площади поверхности черной дыры.