¿Puede la materia volar directamente a un agujero negro y evitar el disco de acreción?

Por lo que mi mente no entrenada científicamente entiende, la materia generalmente entra en un agujero negro al quedar atrapada en el disco de acreción que va más rápido y más cerca del agujero negro hasta que pasa el horizonte de eventos, el punto de no retorno. Usando la Tierra como analogía para un agujero negro, supongo que el disco de acreción orbitaría alrededor del ecuador, similar a los anillos de Saturno, y la materia podría eventualmente chocar con Brasil o en algún lugar a lo largo del ecuador.

Mi pregunta principal es: ¿puede la materia simplemente hacer un tiro directo al agujero negro a una latitud más alta, decir directamente a la ciudad de Nueva York, evitando el disco por completo?

Como probablemente pueda ver por mi analogía simplista, soy un laico completo. Si bien se puede esperar una jerga sofisticada y ecuaciones de aspecto artístico (lo cual está bien), por favor, simplifíquelo al nivel de comprensión científica promedio de una administración de negocios inteligente promedio.

black-hole accretion-discs

— iMerchant
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Respuestas:

En su analogía: un satélite permanece en órbita porque tiene un momento angular. Esto siempre equilibra la fuerza de la gravedad, por lo tanto, cuando se está en el satélite (o en la EEI) parece que no tiene peso, porque el equilibrio de la fuerza. Esto es muy importante de entender, porque es la razón por la que en el espacio todos los movimientos orbitales pueden, en principio, continuar para siempre. Porque el momento angular se conserva.

Ahora, para chocar contra la Tierra / BH, debes tener un momento angular muy bajo (que es equivalente a tener solo un momento lineal directamente hacia abajo en el BH) o debes perder el momento angular de alguna manera.
Cerca de la Tierra, esto le sucede a la EEI , ya que tiene una órbita terrestre baja entre 350-450 km y a esta altura todavía hay suficientes partículas atmosféricas alrededor para producir resistencia.

Alrededor de los agujeros negros es algo muy similar.
radio de Schwarzschild como una escala de longitud relevante. Entonces, mientras estemos fuera de distancia del BH, necesitamos, como en la Tierra, fricción para disipar nuestro momento angular. En el caso de los discos de acreción que se forman alrededor de BH, esto se puede lograr a través de la disipación turbulenta como se expone en el famoso artículo de Shakura y Sunyaev . $R_s = \frac{GM}{c^2}$ $3 R_s$

Entonces, solo muy cerca del BH, es decir, a una distancia , las distorsiones espacio-temporales nos ayudan a caer en el BH sin la necesidad de ninguna fuente adicional de fricción. Como puede ver, esta es una región muy cercana al Agujero Negro y en las cuentas populares de BH se tergiversa que toda la materia en órbita caerá mágicamente en ella. $< 3R_s$

— AtmosphericPrisonEscape
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Gracias por su respuesta. Todavía estoy confundido si dices si es posible o no. ¿Puedo disparar una bala proverbial hacia abajo, sin ángulos, a la ciudad de Nueva York del agujero negro y golpearla?

— iMerchant

Sí puedes, si apuntas bien. El punto de mi respuesta fue que, por lo general, en el espacio esto no sucederá, por lo que la caída de la materia en general necesita fricción, antes de que BH pueda hacerse cargo y 'devorarla'. Es por eso que en la naturaleza generalmente tienes el disco.

— AtmosphericPrisonEscape

¿Por qué un disco y no un orbe de acreción? Nunca entendí por qué las cosas en un espacio 3D (sistemas solares, anillos planetarios, etc.) tienden a terminar más o menos en el mismo plano eclíptico. Tal vez esa es una pregunta completamente diferente, pero algo relacionada, ya que mi "bala" está entrando en un ángulo diferente al del disco de acreción.

— iMerchant

¿Se debe a que los BH, las estrellas, los planetas, etc. giran sobre sus ejes para que no sean esferas perfectas y se abulten un poco en sus ecuadores debido a la fuerza centrífuga, por lo que tienen una mayor fuerza gravitacional en el centro alrededor del ecuador? Tal vez acabo de responder mi propia pregunta al pensarlo lógicamente.

— iMerchant

@iMerchant: No estoy seguro si entiendo su pregunta correctamente, pero suena como algo que me confundió mucho como estudiante: ¿cómo puede una gota de masa esféricamente simétrica colapsar en un disco? Eso no tendría mucho sentido. Bueno, la solución es que en realidad nada es perfectamente esféricamente simétrico. Pequeñas asimetrías se amplificarán a medida que la nube de gas se colapse radialmente y definirá una dirección de rotación neta para toda la nube. Después de eso, es solo una cuestión de fricción llevar el asunto al plano medio del futuro disco. No tiene nada que ver con mayores fuerzas de gravedad.

— AtmosphericPrisonEscape

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Supongo que es ciertamente posible, sin embargo, es muy poco probable. En primer lugar, necesitaría que su asunto caiga directamente, lo que significa que tendría que viajar directamente al BH. Cualquier movimiento ligeramente hacia un lado, comenzará a orbitar y entrará en espiral en el agujero negro. Ese es un objetivo bastante pequeño, por lo que este escenario ya no sería muy plausible.

Sin embargo, su principal problema será el hecho de que (1) los agujeros negros tienen campos magnéticos generalmente y (2) los agujeros negros también suelen girar. Lo que esto significa es que cualquier cosa que intente entrar en el agujero negro tenderá a ser arrastrada y llevada junto con el campo magnético giratorio, haciendo que comience a entrar en espiral. Por supuesto, podría decir que su material que cae es neutral y, por lo tanto, no No interactúa con el campo, pero no hay forma de que permanezca neutral por completo. En algún momento, la fricción por la caída lo convertirá en un plasma y luego estará "unido" al campo magnético. Si conoce sus campos magnéticos, puede sugerir que lo haga para que este asunto simplemente caiga en los polos magnéticos, ya que no estaría sujeto a ser arrastrado por el campo magnético. Desafortunadamente,

En resumen, podría ser posible idear algún escenario en el que la materia simplemente "caiga" sobre el agujero negro, pero las circunstancias para que ocurra tal evento son extremadamente raras y probablemente se arruinarán si el agujero negro gira o tiene un imán campo (que casi todos lo hacen).

— céfiro
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No estoy seguro sobre la parte de convertirse en plasma. No hay mucha fricción, a menos que interactúes con el disco de acreción. Alrededor de un agujero negro estelar, las fuerzas de marea pueden ser suficientes para convertirte en un plasma (?), Pero las fuerzas de marea en el horizonte de eventos de un agujero negro supermasivo no son muy altas.

— James K

@JamesK Yo tampoco estoy seguro, pero anticipo que ciertamente es posible. Mi suposición es que el material que cae se volverá turbulento y potencialmente se calentará lo suficiente como para ionizarse. Incluso si no es un plasma completamente desarrollado, un poco de ionización podría ser suficiente para causar los efectos de los que estaba hablando, especialmente si el material es lo suficientemente denso como para que el material ionizado y sindicalizado no pueda desacoplarse. Creo que cualquier comentario sobre este tema será especulativo en el mejor de los casos sin simulaciones de N de cuerpo completo o algo así.

— zephyr

@JamesK: Creo que el disco generalmente debería producir una buena cantidad de emisión de X y UV, para BH de algunas masas solares. Dependiendo de la eficiencia de la acumulación, esto puede ser hasta una fracción porcentual de la luminosidad de Eddington. Esto será suficiente para ionizar cualquier cosa entrante y no en el plano medio del disco de acreción.