Por que a Terra e a lua se separam, mas os buracos negros binários se aproximam?

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De acordo com a resposta aceita, a lua está se afastando da Terra e se aproximando do Sol? Por quê? , a lua está se afastando da Terra porque as forças das marés e o atrito causam a perda de energia.

No entanto, de acordo com o site da LIGO ,

À medida que as duas massas giram, suas distâncias orbitais diminuem

pois eles perdem energia irradiando ondas gravitacionais inspiradas .

Por que os corpos se separam no caso Terra-Lua, mas mais próximos no caso do buraco negro?

Se ambos os fenômenos opostos estão presentes, mas um diferente é mais forte nos dois casos, o que determina o destino de um sistema?

Gnubie
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Você pode ter entendido um pouco a resposta da pergunta vinculada. A resposta diz que as forças das marés e o atrito transferem energia da Terra (do momento angular de sua rotação em torno de seu eixo) e a transmitem à Lua (na forma de momento angular orbital). A energia não está perdida (praticamente sempre). Apenas é convertido e transportado. As ondas gravitacionais retiram a momenta angular orbital do sistema binário, o que fará com que elas se movam para uma órbita mais estreita, embora ainda seja razoável perguntar por que a mesma conversão Terra-Lua não compensa / se aplica.
Zibadawa timmy
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@zibadawatimmy deve ser uma resposta
Rob Jeffries
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@RobJeffries Existe esse tecnicismo em minha mente que não consigo resolver que me faz não querer realmente ter uma resposta: pode haver momento de rotação suficiente de um buraco negro em rotação e pode ser convertido em momento angular orbital (por o outro buraco negro), a uma velocidade rápida o suficiente para realmente desvincular o sistema (apesar das ondas de gravidade)? Entendo que há uma quantidade finita de momento rotacional; portanto, se o sistema permanecer ligado, as ondas gravitacionais vencem e uma inspiração começa ... mas ela pode se soltar? Não consigo descobrir se essa é uma pergunta fácil ou difícil.
Zibadawa timmy
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Entendi! A razão pela qual a lua está retrocedendo é que ela está girando na mesma direção em que a Terra gira, e a Terra não está presa à maré. No sistema de Neptuno-Triton, Triton tem uma órbita retrógrada (único entre os grandes luas) e por isso aproxima-se, em vez de Neptuno - de universetoday.com/56042/triton
Gnubie

Respostas:

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Aqui está como as marés afastam a lua da Terra:

A lua orbita a Terra, e há uma diferença na força gravitacional entre o lado da Terra mais próximo da Lua e o lado distante da Lua.

Essa diferença de força tende a puxar a Terra para uma forma oval, com seu longo eixo apontando em direção à lua.

Mas a Terra também está girando, e essa rotação move o eixo do oval para frente, para que o oval não aponte para a lua, mas um pouco à frente. Portanto, há um solavanco na Terra, e fica permanentemente um pouco na frente da lua. Esse solavanco tem massa e puxa a lua em sua direção, então a lua está sendo puxada para a frente. A lua puxa a Terra de volta. Portanto, o giro da Terra é mais lento, mas a lua ganha energia e se afasta um pouco mais da Terra.

A lua também foi desacelerada na medida em que o mesmo lado sempre enfrenta a Terra e permanecerá bloqueada assim.

As ondas gravitacionais, por outro lado, implicam uma emissão de energia do sistema binário e, à medida que a energia é perdida, os buracos negros entram em espiral.

Não há marés nos buracos negros porque não há nada para ser puxado para uma forma oval. O horizonte de eventos não é uma superfície sólida. A massa de um buraco negro concentra-se inteiramente na singularidade, não há estrutura a ser deformada em um solavanco.

James K
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Há marés nos buracos negros!
Anixx
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Os buracos negros podem produzir marés em outros objetos (os muito potentes, separam as marés do tipo), mas um buraco negro não precisa ser distorcido pela maré. Tem massa, mas não importa.
James K
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Uma resposta tardia, mas nenhuma das respostas existentes explica isso adequadamente.

A explicação adequada é simples. Na mecânica newtoniana, as influências das marés tornam todos os objetos em órbitas retrógradas e esses objetos em órbitas progressivas abaixo do equivalente do raio geossíncrono em espiral para dentro. Somente objetos que orbitam progridem acima do equivalente ao raio geossíncrono em espiral para fora. Nossa Lua orbita em cerca de 385000 km, bem acima do raio geossíncrono de 42164 km. Phobos orbita Marte com um eixo semi-principal de 9377 km, bem abaixo do raio areossíncrono de 20400 km. Enquanto nossa Lua está espiralando para fora da Terra, Phobos está espiralando para dentro em direção a Marte.

Objetos mutuamente bloqueados por marés não espiralam nem para dentro nem para fora na mecânica newtoniana. A relatividade geral modifica um pouco essa dinâmica, fazendo com que objetos bloqueados por marés entrem em espiral para dentro.

David Hammen
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7

A taxa de recessão da Lua na Terra é de 38,04 mm por ano, devido às forças das marés, de acordo com a Wikipedia. Uma boa descrição (com diagramas) sobre como isso ocorre pode ser encontrada aqui .

drdt=645G3c5(m1m2)(m1+m2)r3

Isso resulta em aproximadamente 2 nm por ano, ou 7 ordens de magnitude menores. Portanto, sim, espera-se que tanto a recessão das marés quanto o decaimento orbital via ondas gravitacionais estejam acontecendo, mas a recessão das marés é um efeito muito maior.

user10789
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Mas isso não contradiz o fato da OP de que dois buracos negros com rotação mútua tendem a se aproximar?
Astroynamicist
Exatamente! Por que os buracos negros inspiradores e as estrelas de nêutrons também não sofrem com as forças das marés?
Gnubie
Prefiro essa resposta porque ela compara a magnitude de cada efeito, em vez de tentar explicar qualquer um deles. Em outras palavras, todos os pares em órbita têm potencial para forças de maré e ondas de gravitação, mas o OP quer saber por que um sistema é influenciado por um efeito sobre o outro e você faz isso muito bem aqui.
55578 Kelly S. French
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Outras respostas estão certas ao explicar por que as forças das marés separam a Terra e a Lua, mas não separam um par de buracos negros. No entanto, acho que também é necessário explicar por que os fenômenos que fazem dois buracos negros espiralar para dentro não fazem a Lua espiralar para dentro da Terra.

De fato, todo par de massas rotativas irradia ondas gravitacionais. O que faz a diferença é que apenas massas muito grandes girando muito próximas umas das outras produzem ondas gravitacionais grandes o suficiente para afetar significativamente essas órbitas das massas.

De acordo com https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_wave#Binaries, o tempo que leva para que um par de massas caia um no outro devido a ondas gravitacionais irradiadas é:

t=5256c5G3r4(m1m2)(m1+m2)

Vamos conectar as massas da Terra e da Lua e sua distância nessa equação (todos os dados retirados da Wikipedia em unidades SI):

> G <- 6.674e-11
> r <- 384e6
> mluna <- 7.342e22
> c <- 299792458
> mterra <- 5.97237e24
> (t <- 5/256*c^5/G^3*r^4/(mterra*mluna)/(mterra+mluna))
[1] 1.304925e+33

Ou seja, deixadas sozinhas, irradiando ondas gravitacionais faria a Lua colidir com a Terra em 1,3 * 10 ^ 33 segundos, ou seja, 4,13 * 10 ^ 25 anos ou 3 * 10 ^ 15 vezes a idade atual do universo. Em outras palavras, o efeito de irradiar ondas gravitacionais no movimento da Terra e da Lua é tão pequeno - especialmente comparado com outras forças como as da maré - que não podemos esquecer absolutamente.

Apenas para comparação, duas estrelas de nêutrons de uma massa solar orbitando uma à outra à mesma distância da Terra e da Lua cairiam uma na outra em:

> msol <- 1.9885e30
> (t <- 5/256*c^5/G^3*r^4/(msol*msol)/(msol+msol))
[1] 2.19985e+14

O que é apenas cerca de 7 milhões de anos, mostrando que a mudança de massas tem um grande efeito no resultado. Como afirmado no início, as ondas gravitacionais fazem pares de objetos do tamanho de estrelas espiralarem para dentro, mas não têm efeitos visíveis em um satélite orbitando um planeta.

Pere
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Excelente resposta com números reais. Gostaria de poder aceitar sua resposta se você tivesse respondido antes!
Gnubie 22/03/19
@Gnubie Esta Meta FAQ diz que "Você pode alterar qual resposta é aceita ou simplesmente não aceitar a resposta a qualquer momento". :-)
Chappo diz SE Dudded Monica
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Obrigado por sua apreciação, mas acho que essa questão é de fato feita de duas perguntas. Outras respostas estão certas ao responder uma delas. O meu responde o outro. Portanto, a resposta aceita não está errada. É apenas metade da resposta e a minha é a outra metade.
Pere