¿Por qué los agujeros negros en el medio de las galaxias no absorben toda la galaxia?

Como se indicó en varias fuentes, se supone que en cada galaxia hay un agujero negro en el medio.

Mi pregunta es, ¿por qué estos agujeros negros en el medio de las galaxias no absorben toda la materia circundante en la galaxia?

No deberías pensar en los agujeros negros como "chupando cosas". Los agujeros negros interactúan con la materia a través de la gravedad, igual que cualquier otro objeto. Piensa en nuestro Sistema Solar. Todos los planetas orbitan alrededor del sol porque tiene mucha masa. Como los planetas tienen algún movimiento lateral (no se mueven directamente hacia el sol o lejos de él), giran alrededor de él. Esto se conoce como conservación del momento angular .

Cuando se habla de gravedad, lo único que importa es la masa de los objetos involucrados. Realmente no importa qué tipo de objeto sea *. Si reemplazaras el sol con un agujero negro que tuviera la misma masa que nuestro sol, los planetas continuarían exactamente en las mismas órbitas que antes.

Ahora, los agujeros negros en los centros de la mayoría de las galaxias espirales acumulan masa. Algunos de estos agujeros negros tienen discos de acreción a su alrededor. Estos son discos giratorios de gas y polvo que caen lentamente en el agujero negro. Estas partículas de gas y polvo pierden su momento angular a través de interacciones con gas y polvo cercanos y al irradiar energía en forma de calor. Algunos de estos agujeros negros tienen discos de acreción muy grandes y pueden generar enormes cantidades de radiación electromagnética. Estos se conocen como núcleos galácticos activos .

Entonces, para resumir, los agujeros negros no "apestan". Simplemente interactúan con las cosas gravitacionalmente. Las estrellas, el gas y otras materias en la galaxia tienen un momento angular, por lo que permanece en órbita alrededor del centro de la galaxia. No solo cae directamente. Esta es la misma razón por la cual la Tierra orbita alrededor del Sol.

* Descargo de responsabilidad: cuando habla de cosas como las fuerzas de marea, debe tener en cuenta el tamaño de los objetos. Pero para la mecánica orbital, no necesitamos preocuparnos porque las distancias entre los objetos son generalmente mucho más grandes que los objetos mismos.

Una vez escuché de una caricatura / película / programa japonés donde los piratas espaciales amenazaron con comprimir el planeta Júpiter en un agujero negro y así destruir la mitad de la galaxia de la Vía Láctea.

Parece una idea interesante, pero ... incluso si pudieras comprimir a Júpiter en un agujero negro, su masa seguiría siendo la misma, lo que significa que Júpiter (ahora un agujero negro) continuaría moviéndose alrededor de nuestro sol en su misma órbita. , y las lunas de Júpiter seguirían orbitando a Júpiter como lo hacían antes.

Mucha gente piensa que una vez que una estrella colapsa en un agujero negro, aumenta su "poder de succión" (su fuerza gravitacional). Esto simplemente no es el caso. Lo creas o no, muchas estrellas son menos masivas después de convertirse en un agujero negro que antes , cuando eran estrellas brillantes. Esto se debe a que, al final de sus vidas, algunas estrellas arrojan una porción significativa de su capa exterior al espacio justo antes de colapsar en un agujero negro.

He leído que si comprimes la Tierra al tamaño de una cereza, su densidad sería tan grande que se convertiría en un agujero negro. Suponiendo que eso fuera cierto y se hiciera realmente, el agujero negro de la Tierra aún continuaría orbitando el sol una vez al año, y la luna de la Tierra continuaría orbitando la Tierra aproximadamente una vez cada 29.5 días. (Ahora, el giro de la nueva Tierra del agujero negro sobre su eje probablemente sería diferente, pero el tiempo que tomaría orbitar el sol no cambiaría).

Sorprendentemente, una vez que la Tierra se comprimió en un agujero negro del tamaño de una cereza, caerían menos desechos espaciales que antes (cuando la Tierra era del tamaño de ... bueno, la Tierra). Esto se debe a que la Tierra del agujero negro recién formada ocuparía mucho menos espacio (volumen) y los asteroides y los cometas tendrían más probabilidades de perder el volumen del tamaño de cereza (o un poco más grande que el tamaño de cereza) que, si no se pierde, los desechos serán succionados por el agujero negro.

Si los escombros perdieron la Tierra del agujero negro incluso por un kilómetro (lo que puede parecer una gran distancia para nosotros, pero es muy minúsculo en términos astronómicos), se arrojaría en una dirección diferente, posiblemente para nunca volver.

Entonces, básicamente, una idea errónea común que las personas tienen con respecto a los agujeros negros es que nada tiene más gravedad que un agujero negro, y que las estrellas que se forman en agujeros negros de repente han aumentado la gravedad y, por lo tanto, obtienen más "poder de succión". Esto simplemente no es cierto. Los agujeros negros todavía tienen la misma masa que antes (a veces menos, dependiendo de cómo se formen), y la cantidad de "poder de succión" que tienen todavía depende de la cantidad de masa de la que estén formados.

Si bien puede ser cierto que las estrellas más masivas del universo son de hecho agujeros negros (incluso si los llamaras estrellas en ese punto), existen muchas estrellas que son más masivas (y por lo tanto tienen más "poder de succión") que Muchos agujeros negros.

Entonces, el hecho de que el centro de nuestra galaxia probablemente contenga un agujero negro supermasivo no significa que el agujero negro absorbería más materia que si fuera la misma cantidad de masa que no estaba en forma de agujero negro.

La gravedad sigue la ley del cuadrado inverso. En pocas palabras, si duplica la distancia desde una fuente de gravedad, su cuarto es efecto. Entonces, si duplica la distancia que está de la tierra, siente 1 / 4g. Es importante tener en cuenta que a medida que aumenta la distancia, nunca será 0, siempre será un valor distinto de cero, sin importar la distancia.

Entonces, a distancias galácticas, la fuerza de la gravedad del agujero negro central tiene muy poco efecto.

Esto solo explica parte de ello. La otra parte es la conservación del momento angular.

La fuerza de la gravedad y el momento angular es lo que es responsable de las órbitas. En la mecánica orbital, elevas tu órbita agregando velocidad, no altitud. Su impulso angular agregado que eleva su órbita. Para bajar su órbita, reduce su velocidad, lo que reduce su momento angular y su altitud.

Entonces, para que las cosas "caigan" en un agujero negro, deben estar trabajando a una velocidad en la que su órbita se cruce con el horizonte de eventos. Este es raramente el caso o esas "cosas" no estarían realmente en órbita para empezar. Entonces, el hecho mismo de que todas las "cosas" que componen la galaxia orbitan alrededor del agujero negro central significa que no puede caer en él.

Estas 3 cosas siempre están en equilibrio en una órbita estable, fuerza de gravedad, velocidad y altitud (o distancia desde la fuente de gravedad). Si cambia uno de ellos, los otros 2 también deben cambiar. Si disminuye la velocidad, su altitud disminuye y la gravedad aumenta. Si aumenta la gravedad, la velocidad también debe aumentar o la altitud disminuirá.

Entonces ves que las cosas no pueden caer en el agujero negro. Dicho esto, mi opinión es que eventualmente todo en la galaxia caerá en el agujero negro central, sin embargo, esto llevará muchos miles de millones de años.

Por supuesto, esto está simplificando demasiado las cosas, y de ninguna manera soy un experto en estas cosas. Pero es algo que puedo imaginar en mi mente, el equilibrio entre el momento y la gravedad.

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También debe tener en cuenta la materia oscura que está interactuando gravitacionalmente con toda la "materia caliente" que se puede ver en el disco galáctico. La materia oscura se descubrió mapeando cuidadosamente las órbitas de los objetos en las galaxias y descubriendo que la materia que se podía ver no podía explicar el movimiento orbital observado. Uno de los misterios de la materia oscura es que no se introduce en el agujero negro como lo hace la materia caliente. La materia oscura tiene el efecto práctico de equilibrar parte de la atracción gravitacional del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia.

Bueno, no soy un estudiante de física, pero creo que las personas generalmente nutren la idea errónea del "poder de succión" de un agujero negro por una razón.

Consideremos la ecuación de Newton para la gravedad:

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

$r_{ij}$

$r_{ij}$

Corrígeme si me equivoco.

Para las galaxias con grandes agujeros negros, la materia circundante está en órbita alrededor de los agujeros negros, de la misma manera que la luna orbita la tierra.

La pregunta es una analogía directa de " ¿Por qué la Luna no cae al suelo? " O " ¿Por qué los planetas no caen al sol? ". El agujero negro es más masivo que el Sol, pero sus efectos son del mismo tipo.

Una respuesta rápida para su pregunta sería el horizonte de eventos o el radio de Schwarzschild. Cualquier cosa que esté bastante cerca de este radio / horizonte eventualmente será absorbida por el agujero negro.

Esta es una idea errónea común sobre los agujeros negros: que de alguna manera 'absorben' todo lo que los rodea o introducen cosas en ellos. En realidad, podría reemplazar el Sol ahora con un agujero negro de la misma masa y no notar ninguna diferencia inmediata. No es como si de repente comenzara a pasar la aspiradora en los planetas a su alrededor, simplemente no es así como funciona.

Sea paciente, eventualmente lo hará a menos que la tasa de expansión de la galaxia exceda el crecimiento gravitacional del agujero negro, ya que consume la materia a su alrededor.

En ese escenario, la galaxia finalmente se difundirá, y su materia continuará viajando lejos del agujero negro hasta que encuentre otra galaxia, momento en el cual tiene una buena posibilidad de ser absorbida por el agujero negro de la galaxia. Nada sobrevive para siempre .. :-)

La respuesta simple es que todo lo demás en la galaxia se va de lado lo suficientemente rápido como para evitar ser absorbido. En cambio, la fuerza de la succión (si lo desea) hace que los caminos de las estrellas se tomen en un círculo alrededor del agujero negro.

Este fenómeno es "órbita". Como señalaron otras respuestas, es la misma razón por la que la Tierra no cae al Sol, o la Luna cae sobre la Tierra, y por qué la Estación Espacial Internacional se precipita a unas 17.150 millas por hora. Todos van de lado, la fuerza de algún objeto grande está convirtiendo ese movimiento lateral en movimiento circular, y si no iban lo suficientemente rápido, se curvarían ("caerían") hacia ese objeto grande y chocarían contra él.

Es como si giraras un cubo al final de una cuerda. El balde va de lado, pero la cuerda tira de él hacia ti. El cubo no se aleja de ti debido a la fuerza de la cuerda, por lo que se curva en un círculo. La fuerza de la cuerda no es suficiente para colapsar el cubo hacia adentro y golpearte.

se trata de ENTROPY, que es proporcional al área de superficie del horizonte de eventos de un agujero negro (ver a continuación un argumento cuántico heurístico debido a Moffat / Wang en cuanto a por qué esto es así).

Suponiendo que una solución de Schwarzschild da un radio de 2Gm para el horizonte de eventos con m la masa del agujero negro y la constante de G Newton. Agregar masa a un agujero negro aumenta así su entropía. Dado un sistema aislado de energía total finita, tiene una entropía máxima finita que actúa como un atractor para la dinámica del sistema, colocando un límite en el horizonte.

J von Neumann define una versión cuántica de la entropía de la siguiente manera: Sea f un estado normal de un álgebra local de observables O (D) que actúan en el espacio H. de Hilbert. Entonces podemos escribir esta f como una suma convexa de estados puros. Para un sistema de energía finita, esta suma es finita, ya que H es entonces de dimensión finita. El equivalente no conmutativo de Von Neumann de una partición es el operador de densidad, es decir, la suma ponderada de las proyecciones en los espacios vectoriales mínimos correspondientes a estos estados puros. Entonces tenemos el equivalencia bien conocida;
Para un estado tan normal f, la entropía de von Neumann se define como la entropía de los pesos. Lo interpretamos como una medida (inversa) de la cantidad de información que el sistema cuántico en un estado dado producirá a través de la medición. Cuanto mayor es la entropía del sistema cuántico, menos información se puede extraer. La entropía de von Neumann de un agujero negro El proceso de medición no puede ser realizado por un observador externo a elementos dentro del interior, más allá del horizonte de eventos. Por lo tanto, dividimos el horizonte de sucesos del agujero negro con elementos cada uno del área k al cuadrado, donde k es la longitud de Planck y asumimos que el área de Planck corresponde clásicamente a la proyección mínima del estado puro del vector. Sea N el número total finito de particiones. Según la hipótesis 'sin pelo' no hay una ubicación preferida en el horizonte de eventos, por lo que cada elemento de partición debe tener la misma ponderación. La entropía de von Neumann de esta partición es, por lo tanto, proporcional a S el área de superficie del agujero negro.