Warum saugen schwarze Löcher in der Mitte von Galaxien nicht die ganze Galaxie auf?

Wie aus mehreren Quellen hervorgeht, gibt es in jeder Galaxie ein schwarzes Loch in der Mitte.

Meine Frage ist, warum diese schwarzen Löcher in der Mitte der Galaxien nicht die gesamte umgebende Materie in der Galaxie aufsaugen.

Sie sollten Schwarze Löcher nicht als "Ansaugen von Dingen" betrachten. Schwarze Löcher interagieren mit Materie durch Schwerkraft, genau wie jedes andere Objekt. Denken Sie an unser Sonnensystem. Alle Planeten kreisen um die Sonne, weil sie eine Menge Masse hat. Da sich die Planeten seitlich bewegen (sie bewegen sich nicht direkt auf die Sonne zu oder von ihr weg), kreisen sie darum herum. Dies ist als Drehimpulserhaltung bekannt .

Wenn es um die Schwerkraft geht, kommt es nur auf die Masse der beteiligten Objekte an. Es ist eigentlich egal, um was für ein Objekt es sich handelt *. Wenn Sie die Sonne durch ein Schwarzes Loch mit der gleichen Masse wie unsere Sonne ersetzen würden, würden die Planeten auf den exakt gleichen Umlaufbahnen weiterlaufen wie zuvor.

Jetzt sammeln die Schwarzen Löcher in den Zentren der meisten Spiralgalaxien Masse an. Einige dieser Schwarzen Löcher sind von Akkretionsscheiben umgeben . Dies sind wirbelnde Gas- und Staubscheiben, die langsam in das Schwarze Loch fallen. Diese Gas- und Staubpartikel verlieren ihren Drehimpuls durch Wechselwirkungen mit Gas und Staub in der Nähe und durch Abstrahlung von Energie als Wärme. Einige dieser Schwarzen Löcher haben sehr große Akkretionsscheiben und können große Mengen elektromagnetischer Strahlung erzeugen. Diese sind als aktive galaktische Kerne bekannt .

Also, lange Rede kurzer Sinn, schwarze Löcher "saugen" nicht. Sie interagieren nur mit der Gravitation der Dinge. Sterne, Gas und andere Materie in der Galaxie haben einen Drehimpuls, so dass sie in der Umlaufbahn um das Zentrum der Galaxie verbleibt. Es fällt nicht einfach direkt hinein. Dies ist der gleiche Grund, warum die Erde um die Sonne kreist.

* Haftungsausschluss: Wenn Sie über Gezeitenkräfte sprechen, müssen Sie die Größe der Objekte berücksichtigen. Aber für die Orbitalmechanik brauchen wir uns keine Sorgen zu machen, da die Abstände zwischen den Objekten im Allgemeinen viel größer sind als die Objekte selbst.

Ich habe einmal von einem japanischen Cartoon / Film / einer japanischen Show gehört, in der Weltraumpiraten drohten, den Planeten Jupiter in ein Schwarzes Loch zu pressen und so die Hälfte der Milchstraße zu zerstören.

Es klingt nach einer interessanten Idee, aber ... selbst wenn Sie Jupiter in ein Schwarzes Loch komprimieren könnten, würde seine Masse gleich bleiben, was bedeutet, dass Jupiter (jetzt ein Schwarzes Loch) sich weiterhin in derselben Umlaufbahn um unsere Sonne bewegen würde und Jupiters Monde umkreisten weiterhin Jupiter wie zuvor.

Viele Menschen glauben, dass sobald ein Stern in ein Schwarzes Loch einstürzt, seine "Saugkraft" (seine Gravitationskraft) zunimmt. Das ist einfach nicht der Fall. Ob Sie es glauben oder nicht, viele Sterne sind weniger massereich, nachdem sie sich in ein schwarzes Loch verwandelt haben als zuvor , als sie Sterne leuchteten. Dies liegt daran, dass einige Sterne am Ende ihres Lebens einen erheblichen Teil ihrer äußeren Schicht in den Weltraum werfen, bevor sie in ein Schwarzes Loch einstürzen.

Ich habe gelesen, dass wenn Sie die Erde auf die Größe einer Kirsche komprimieren würden, ihre Dichte so groß wäre, dass sie sich in ein Schwarzes Loch verwandeln würde. Unter der Annahme, dass dies wahr wäre und tatsächlich geschehen würde, würde das Schwarze Loch der Erde weiterhin einmal im Jahr die Sonne umkreisen, und der Mond der Erde würde die Erde weiterhin etwa alle 29,5 Tage umkreisen. (Nun, die Drehung der neuen Schwarzen-Loch-Erde um ihre Achse wäre wahrscheinlich anders, aber die Zeit, die benötigt würde, um die Sonne zu umkreisen, würde sich nicht ändern.)

Überraschenderweise fielen, sobald die Erde in ein kirschgroßes Schwarzes Loch gepresst wurde, weniger Weltraummüll hinein als zuvor (als die Erde so groß war wie ... na ja, die Erde). Dies liegt daran, dass die neu gebildete Schwarze-Loch-Erde viel weniger Platz (Volumen) einnimmt und Asteroiden und Kometen eher das kirschgroße (oder etwas größer als kirschgroße) Volumen verfehlen würden, Wenn sie nicht übersehen werden, werden die Trümmer in das Schwarze Loch gesaugt.

Wenn die Trümmer die Schwarze-Loch-Erde nur einen Kilometer verfehlten (was für uns eine große Entfernung zu sein scheint, aber astronomisch sehr winzig ist), würden sie in eine andere Richtung abgeschleudert und möglicherweise niemals zurückkehren.

Ein häufiges Missverständnis, das Menschen in Bezug auf Schwarze Löcher haben, ist, dass nichts mehr Schwerkraft hat als ein Schwarzes Loch, und dass Sterne, die sich plötzlich zu Schwarzen Löchern formen, eine erhöhte Schwerkraft haben und daher mehr "Saugkraft" bekommen. Das stimmt einfach nicht. Schwarze Löcher haben immer noch die gleiche Masse wie zuvor (manchmal weniger, je nachdem, wie sie geformt wurden), und wie viel "Saugkraft" sie haben, hängt immer noch davon ab, aus wie viel Masse sie bestehen.

Während es wahr sein mag, dass die massereichsten Sterne im Universum tatsächlich schwarze Löcher sind (wenn Sie sie an diesem Punkt sogar Sterne nennen würden ), gibt es viele Sterne, die massereicher sind (und daher mehr "Saugkraft" haben) als viele schwarze Löcher.

Die Tatsache, dass das Zentrum unserer Galaxie wahrscheinlich ein supermassives Schwarzes Loch enthält, bedeutet nicht, dass das Schwarze Loch mehr Materie aufsaugen würde, als wenn es die gleiche Menge an Masse wäre, die zufällig nicht in Form eines Schwarzen Lochs wäre.

Die Schwerkraft folgt dem Gesetz des umgekehrten Quadrats. Einfach ausgedrückt, wenn Sie den Abstand zu einer Schwerkraftquelle verdoppeln, ist Ihr Viertel effektiv. Wenn Sie also die Entfernung von der Erde verdoppeln, spüren Sie 1 / 4g. Es ist wichtig zu beachten, dass mit zunehmender Entfernung niemals 0 und unabhängig von der Entfernung immer ein Wert ungleich Null angezeigt wird.

In galaktischen Entfernungen hat die Schwerkraft des zentralen Schwarzen Lochs also nur einen geringen Einfluss.

Dies erklärt nur einen Teil davon. Der andere Teil ist die Erhaltung des Drehimpulses.

Die Schwerkraft und der Drehimpuls sind für die Umlaufbahnen verantwortlich. In der Orbitalmechanik erhöhen Sie Ihre Umlaufbahn, indem Sie die Geschwindigkeit und nicht die Höhe erhöhen. Ihr zusätzlicher Drehimpuls, der Ihre Umlaufbahn anhebt. Um Ihre Umlaufbahn zu verringern, verringern Sie Ihre Geschwindigkeit, wodurch sich Ihr Drehimpuls und Ihre Flughöhe verringern.

Damit die Dinge in ein Schwarzes Loch "fallen" können, müssen sie sich mit einer Geschwindigkeit fortbewegen, in der ihre Umlaufbahn den Ereignishorizont schneidet. Dies ist selten der Fall, oder diese "Dinge" wären von Anfang an nicht wirklich im Orbit. Die Tatsache, dass all das "Zeug", aus dem die Galaxie besteht, das zentrale Schwarze Loch umkreist, bedeutet, dass es nicht einfach hineinfallen kann.

Diese 3 Dinge sind in einer stabilen Umlaufbahn, Schwerkraft, Geschwindigkeit und Höhe (oder Entfernung von der Schwerkraftquelle) immer im Gleichgewicht. Wenn Sie eine davon ändern, müssen auch die anderen 2 geändert werden. Wenn Sie die Geschwindigkeit verringern, sinkt Ihre Höhe und die Schwerkraft nimmt zu. Wenn Sie die Schwerkraft erhöhen, muss auch die Geschwindigkeit erhöht werden, da sonst die Höhe abnimmt.

Sie sehen also, dass Dinge nicht einfach in das Schwarze Loch fallen können. Ich bin jedoch der Ansicht, dass irgendwann alles in der Galaxie in das zentrale Schwarze Loch fallen wird, dies wird jedoch viele Milliarden Jahre dauern.

Das vereinfacht die Dinge natürlich zu sehr, und ich bin in diesem Bereich keineswegs ein Experte. Aber es ist etwas, das ich mir vorstellen kann, das Gleichgewicht zwischen Schwung und Schwerkraft.

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Sie müssen auch die Dunkle Materie berücksichtigen, die gravitativ mit der gesamten "heißen Materie" interagiert, die auf der galaktischen Scheibe zu sehen ist. Dunkle Materie wurde entdeckt, indem die Umlaufbahnen von Objekten in Galaxien sorgfältig kartiert wurden und festgestellt wurde, dass die beobachtete Umlaufbahnbewegung nicht durch die sichtbare Materie erklärt werden konnte. Eines der Geheimnisse der Dunklen Materie ist, dass sie nicht wie heiße Materie in das Schwarze Loch gezogen wird. Die Dunkle Materie hat den praktischen Effekt, einen Teil der Anziehungskraft des supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie auszugleichen.

Nun, ich bin kein Physikstudent, aber ich denke, die Leute pflegen normalerweise aus einem bestimmten Grund das Missverständnis von "Saugkraft" eines Schwarzen Lochs.

Betrachten wir Newtons Gleichung für die Schwerkraft:

ri$F = {Gm_im_j\over r_{ij}^2}$ für zwei Körper i und j, und ist der Abstand zwischen dem Massenmittelpunkt zweier Körper.$r_{ij}$

Wenn die Sonne heute plötzlich beschließt, ein Schwarzes Loch zu werden, ohne Gewicht zu verlieren, hat dies keine Auswirkungen auf die Erdumlaufbahn, denn selbst wenn sich das Volumen der Sonne geändert hat, bleibt konstant.$r_{ij}$

Der Grund, warum Black Holes "saugen", ist, dass sie im Vergleich zu Planeten und Sternen extrem weniger Volumen einnehmen, die -Komponente sehr, sehr klein sein kann.$r_{ij}$

Korrigiere mich, wenn ich falsch liege.

Für Galaxien mit großen schwarzen Löchern, ist die umgebende Materie in der Umlaufbahn um das Schwarze Loch (s), die gleiche Art und Weise , dass der Mond umkreist die Erde.

Die Frage ist eine direkte Analogie zu " Warum fällt der Mond nicht auf den Boden? " Oder " Warum fallen die Planeten nicht in die Sonne? ". Das Schwarze Loch ist massiver als die Sonne, aber seine Auswirkungen sind vom gleichen Typ.

Eine schnelle Antwort auf Ihre Frage wäre der Ereignishorizont oder der Schwarzschild-Radius. Alles, was diesem Radius / Horizont ziemlich nahe kommt, wird irgendwann vom Schwarzen Loch aufgesaugt.

Dies ist ein weit verbreitetes Missverständnis über Schwarze Löcher: Sie "saugen" irgendwie alles um sich herum auf oder ziehen Dinge hinein. In Wirklichkeit könnte man die Sonne jetzt durch ein Schwarzes Loch der gleichen Masse ersetzen und keinen unmittelbaren Unterschied bemerken. Es ist nicht so, als würde es plötzlich anfangen, auf den Planeten herum zu saugen, so funktioniert es einfach nicht.

Seien Sie geduldig, es sei denn, die Expansionsrate der Galaxie übersteigt das Gravitationswachstum des Schwarzen Lochs, wenn es die Materie um sich herum verbraucht.

In diesem Szenario wird die Galaxie schließlich diffundieren, wobei sich ihre Materie weiter vom Schwarzen Loch wegbewegt, bis sie auf eine andere Galaxie trifft. An diesem Punkt besteht eine gute Chance, dass sie schließlich in das Schwarze Loch der Galaxie gesaugt wird. Nichts überlebt für immer .. :-)

Die einfache Antwort lautet: Alles andere in der Galaxie bewegt sich so schnell zur Seite, dass es nicht angesaugt wird. Stattdessen werden die Pfade der Sterne durch die Kraft des Saugens (wenn Sie möchten) in einen Kreis um das Schwarze Loch gezogen.

Dieses Phänomen ist "Umlaufbahn". Wie andere Antworten zeigten, ist es der gleiche Grund, warum die Erde nicht in die Sonne fällt oder der Mond auf die Erde fällt, und warum die Internationale Raumstation mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 27.150 Meilen pro Stunde dahinfliegt. Sie gehen alle seitwärts, die Kraft eines großen Objekts wandelt diese seitliche Bewegung in eine kreisförmige Bewegung um, und wenn sie nicht schnell genug gehen würden, würden sie sich zu diesem großen Objekt krümmen ("fallen") und darauf stoßen.

Es ist, als würde man einen Eimer am Ende einer Schnur herumwirbeln. Der Eimer bewegt sich seitwärts, aber die Schnur zieht ihn zu Ihnen. Der Eimer fliegt aufgrund der Kraft der Schnur nicht von Ihnen weg und krümmt sich daher in einem Kreis. Die Kraft von der Schnur reicht nicht aus, um den Eimer nach innen zu kollabieren und dich zu schlagen.

Alles dreht sich um ENTROPY, das proportional zur Oberfläche des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs ist (siehe unten für ein heuristisches Quantenargument, das Moffat / Wang vorgelegt hat, warum dies so ist).

Die Annahme einer Schwarzschild-Lösung ergibt einen Radius von 2 Gm für den Ereignishorizont mit m der Masse des Schwarzen Lochs und der G Newtonschen Konstante. Das Hinzufügen von Masse zu einem Schwarzen Loch erhöht somit dessen Entropie. Bei einem isolierten System endlicher Gesamtenergie hat es eine endliche maximale Entropie, die als Attraktor für die Dynamik des Systems fungiert und dem Horizont Grenzen setzt.

J von Neumann definiert eine Quantenversion der Entropie wie folgt: Sei f ein Normalzustand einer lokalen Algebra von Observablen O (D), die auf den Hilbert-Raum H einwirken. Dann können wir dieses f als eine konvexe Summe reiner Zustände schreiben. Für ein System endlicher Energie ist diese Summe endlich, da H dann endlich dimensioniert ist. Von Neumanns nicht kommutatives Äquivalent einer Partition ist der Dichteoperator, dh die gewichtete Summe der Projektionen auf die minimalen Vektorräume, die diesen reinen Zuständen entsprechen bekannte Äquivalenz;
Für einen solchen Normalzustand f ist die von Neumann-Entropie als die Entropie der Gewichte definiert. Wir interpretieren es als (inverses) Maß für die Informationsmenge, die das Quantensystem in einem bestimmten Zustand durch Messung liefert. Je größer die Entropie des Quantensystems ist, desto weniger Informationen können extrahiert werden. Die von Neumann-Entropie eines Schwarzen Lochs Der Messvorgang kann von einem externen Beobachter nicht an Elementen innerhalb des Innenraums außerhalb des Ereignishorizonts durchgeführt werden. Wir unterteilen also den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs mit Elementen der Fläche k im Quadrat, wobei k die Planck-Länge ist, und nehmen an, dass die Planck-Fläche klassisch der Minimalprojektion des reinen Vektorzustands entspricht. Sei N die gesamte endliche Anzahl von Partitionen. Nach der Hypothese „kein Haar“ gibt es keine bevorzugte Position am Ereignishorizont, sodass jedes Partitionselement die gleiche Gewichtung haben muss. Die von Neumann-Entropie dieser Partition ist also proportional zur Oberfläche des Schwarzen Lochs.