Por que os Buracos Negros no meio das galáxias não sugam toda a galáxia?

Como afirmado em várias fontes, supõe-se que em toda galáxia haja um buraco negro no meio.

Minha pergunta é: por que esses buracos negros no meio das galáxias não sugam toda a matéria circundante na galáxia?

Você não deve pensar em buracos negros como "sugando coisas". Buracos negros interagem com a matéria através da gravidade, da mesma forma que qualquer outro objeto. Pense em nosso sistema solar. Todos os planetas orbitam em torno do sol porque ele tem muita massa. Como os planetas têm algum movimento lateral (eles não estão se movendo diretamente na direção ou longe do sol), eles circulam em torno dele. Isso é conhecido como conservação do momento angular .

Quando se fala em gravidade, tudo o que importa é a massa dos objetos envolvidos. Realmente não importa que tipo de objeto seja *. Se você substituísse o sol por um buraco negro com a mesma massa que o nosso, os planetas continuariam exatamente nas mesmas órbitas de antes.

Agora, os buracos negros no centro da maioria das galáxias espirais acumulam massa. Alguns desses buracos negros têm discos de acúmulo em torno deles. São discos de gás e poeira que caem lentamente no buraco negro. Essas partículas de gás e poeira perdem seu momento angular através de interações com gás e poeira nas proximidades e irradiando energia como calor. Alguns desses buracos negros têm discos de acréscimo muito grandes e podem gerar enormes quantidades de radiação eletromagnética. Estes são conhecidos como núcleos galácticos ativos .

Então, para encurtar a história, os buracos negros não "sugam". Eles apenas interagem com as coisas gravitacionalmente. Estrelas, gás e outras matérias da galáxia têm momento angular, por isso permanece em órbita ao redor do centro da galáxia. Ele não cai diretamente. Essa é a mesma razão pela qual a Terra orbita em torno do Sol.

* Isenção de responsabilidade: Quando você fala sobre coisas como forças de maré, é necessário levar em consideração o tamanho dos objetos. Mas para a mecânica orbital, não precisamos nos preocupar com isso, porque as distâncias entre os objetos são geralmente muito maiores que os próprios objetos.

Uma vez ouvi falar de um desenho / filme / programa japonês em que piratas espaciais ameaçavam comprimir o planeta Júpiter em um buraco negro e, assim, destruir metade da galáxia da Via Láctea.

Parece uma ideia interessante, mas ... mesmo que você pudesse comprimir Júpiter em um buraco negro, sua massa permaneceria a mesma, o que significa que Júpiter (agora um buraco negro) continuaria a se mover em torno do Sol em sua mesma órbita , e as luas de Júpiter ainda continuariam a orbitar Júpiter como antes.

Muitas pessoas pensam que quando uma estrela entra em um buraco negro, seu "poder de sucção" (sua força gravitacional) aumenta. Simplesmente não é esse o caso. Acredite ou não, muitas estrelas são menos massivas depois que se transformam em um buraco negro do que antes , quando eram estrelas brilhantes. Isso ocorre porque, no final de suas vidas, algumas estrelas lançam uma porção significativa de sua camada externa no espaço antes de entrarem em um buraco negro.

Eu li que se você comprimisse a Terra do tamanho de uma cereja, sua densidade seria tão grande que se transformaria em um buraco negro. Supondo que isso fosse verdade e que estivesse realmente feito, o buraco negro da Terra continuaria orbitando o sol uma vez por ano, e a lua da Terra continuaria orbitando a Terra uma vez a cada 29,5 dias. (Agora, a rotação do novo buraco negro sobre a Terra provavelmente seria diferente, mas o tempo que levaria para orbitar o Sol não mudaria.)

Surpreendentemente, uma vez que a Terra foi comprimida em um buraco negro do tamanho de uma cereja, menos detritos espaciais cairiam nele do que antes (quando a Terra era do tamanho de ... bem, a Terra). Isso ocorre porque o recém-formado buraco negro ocuparia muito menos espaço (volume) e asteróides e cometas teriam mais chances de perder o volume do tamanho de cereja (ou um pouco maior que o de cereja) que, se não for desperdiçada, os detritos serão sugados para dentro do buraco negro.

Se os detritos errassem a Terra do buraco negro em um quilômetro (o que pode parecer uma grande distância para nós, mas é muito minúsculo em termos astronômicos), seria jogado em uma direção diferente, possivelmente para nunca mais voltar.

Então, basicamente, um equívoco comum que as pessoas têm sobre buracos negros é que nada tem mais gravidade do que um buraco negro, e que estrelas que se formam em buracos negros de repente aumentaram a gravidade e, portanto, obtêm mais "poder de sucção". Isto simplesmente não é verdade. Os buracos negros ainda têm a mesma massa de antes (às vezes menos, dependendo de como são formados), e quanto "poder de sucção" eles têm ainda depende de quanta massa é composta.

Embora possa ser verdade que as estrelas mais massivas do universo são de fato buracos negros (se você pudesse chamá-las de estrelas naquele ponto), existem muitas estrelas que são mais massivas (e, portanto, têm mais "poder de sucção") do que muitos buracos negros.

Portanto, o fato de o centro de nossa galáxia provavelmente conter um buraco negro super-maciço não significa que o buraco negro sugaria mais matéria do que se fosse a mesma quantidade de massa que por acaso não está na forma de buraco negro.

A gravidade segue a lei do quadrado inverso. Simplificando, se você dobrar a distância de uma fonte de gravidade, o seu quarto é o efeito. Portanto, se você dobrar a distância da terra, sentirá 1 / 4g. É importante observar que, à medida que a distância aumenta, nunca será 0, sempre haverá um valor diferente de zero, independentemente da distância.

Assim, a distâncias galácticas, a força da gravidade, o buraco negro central tem muito pouco efeito.

Isso explica apenas parte disso. A outra parte é a conservação do momento angular.

A força da gravidade e o momento angular são os responsáveis ​​pelas órbitas. Na mecânica orbital, você eleva sua órbita adicionando velocidade, não altitude. Você adiciona um momento angular que eleva sua órbita. Para abaixar sua órbita, você reduz sua velocidade, o que reduz seu momento angular e sua altitude.

Portanto, para que as coisas "caiam" em um buraco negro, elas devem estar em uma velocidade em que sua órbita cruza o horizonte de eventos. Este raramente é o caso ou essas "coisas" não estariam realmente em órbita para começar. Portanto, o simples fato de todas as "coisas" que compõem a galáxia orbitarem o buraco negro central significa que ele não pode simplesmente cair nele.

Essas três coisas estão sempre em equilíbrio em uma órbita estável, força de gravidade, velocidade e altitude (ou distância da fonte de gravidade). Se você alterar um deles, os outros 2 também deverão ser alterados. Se você diminuir a velocidade, sua altitude diminui e a gravidade aumenta. Se você aumentar a gravidade, a velocidade também deverá aumentar ou a altitude diminuirá.

Então você vê que as coisas não podem simplesmente cair no buraco negro. Dito isso, é minha opinião que, eventualmente, tudo na galáxia cairá no buraco negro central, mas isso levará muitos bilhões de anos.

Claro que isso é coisas extremamente simplificadoras, e eu não sou de forma alguma um especialista nessas coisas. Mas é algo que posso imaginar em minha mente, o equilíbrio entre momento e gravidade.

v

Você também deve levar em consideração a matéria escura que está interagindo gravitacionalmente com toda a "matéria quente" que pode ser vista no disco galáctico. A matéria escura foi descoberta mapeando cuidadosamente as órbitas dos objetos nas galáxias e descobrindo que a matéria que podia ser vista não explicava o movimento orbital observado. Um dos mistérios da matéria escura é que ela não é puxada para dentro do buraco negro da mesma forma que a matéria quente. A matéria escura tem o efeito prático de equilibrar parte da atração gravitacional do buraco negro supermassivo no centro da galáxia.

Bem, eu não sou estudante de física, mas acho que as pessoas geralmente nutrem o conceito errado de "poder de sucção" de um buraco negro por um motivo.

Vamos considerar a equação de Newton para a gravidade:

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

$r_{ij}$

$r_{ij}$

Corrija-me se eu estiver errado.

Para galáxias com grandes buracos negros, a matéria circundante está em órbita ao redor do (s) buraco (s) negro (s), da mesma forma que a lua orbita a Terra.

A questão é uma analogia direta a " Por que a Lua não cai no chão? " Ou " Por que os planetas não caem no sol? ". O buraco negro é mais massivo que o Sol, mas seus efeitos são do mesmo tipo.

Uma resposta rápida para sua pergunta seria o horizonte de eventos ou o raio de Schwarzschild. Qualquer coisa que esteja razoavelmente próxima desse raio / horizonte será eventualmente sugada pelo buraco negro.

Esse é um equívoco comum sobre os buracos negros: que eles de alguma forma "sugam" tudo ao seu redor ou puxam coisas para eles. Na realidade, você pode substituir o Sol agora por um buraco negro da mesma massa e não notar nenhuma diferença imediata. Não é como se de repente começasse a pairar nos planetas ao seu redor, não é assim que funciona.

Seja paciente, eventualmente, a menos que a taxa de expansão da galáxia exceda o crescimento gravitacional do buraco negro à medida que consome a matéria ao seu redor.

Nesse cenário, a galáxia acabará se difundindo, com sua matéria continuando a se afastar do buraco negro até encontrar outra galáxia; nesse momento, há uma boa chance de ser sugada pelo buraco negro da galáxia. Nada sobrevive para sempre .. :-)

A resposta simples é que tudo o mais na galáxia está indo para o lado rápido o suficiente para evitar ser sugado. Em vez disso, a força da sucção (se você preferir) faz com que os caminhos das estrelas sejam puxados em um círculo em torno do buraco negro.

Este fenômeno é "órbita". Como outras respostas apontaram, é a mesma razão pela qual a Terra não cai no Sol, ou a Lua cai na Terra, e por que a Estação Espacial Internacional está se movimentando a cerca de 17.150 milhas por hora. Todos estão indo para o lado, a força de um objeto grande está transformando esse movimento lateral em movimento circular e, se não fossem rápidos o suficiente, eles se curvavam ("caíam") em direção ao objeto grande e colidiam com ele.

É como se você girasse um balde no final de uma corda. O balde está indo para o lado, mas a corda está puxando-o em sua direção. O balde não voa para longe de você por causa da força da corda e, portanto, se curva em um círculo. Acontece que a força da corda não é suficiente para derrubar o balde e bater em você.

é tudo sobre ENTROPY, que é proporcional à área da superfície do horizonte de eventos de um buraco negro (veja abaixo um argumento quântico heurístico devido a Moffat / Wang e por que isso acontece).

Supondo que uma solução de Schwarzschild fornece um raio de 2Gm para o horizonte de eventos com m a massa do buraco negro e a constante de G Newton. Adicionar massa a um buraco negro aumenta sua entropia. Dado um sistema isolado de energia total finita, possui uma entropia máxima finita que atua como atrator para a dinâmica do sistema, colocando um limite no horizonte.

J von Neumann define uma versão quântica da entropia da seguinte forma: Seja f um estado normal de uma álgebra local de observáveis ​​O (D) atuando no espaço H. de Hilbert. Então, podemos escrever isso f como uma soma convexa de estados puros. Para um sistema de energia finita, essa soma é finita, uma vez que H é então o equivalente não comutativo de uma partição de Von Neumann, de dimensão finita, é o operador de densidade, ou seja, a soma ponderada das projeções nos espaços vetoriais mínimos correspondentes a esses estados puros. equivalência bem conhecida;
Para um estado normal f, a entropia de von Neumann é definida como a entropia dos pesos. Nós a interpretamos como uma medida (inversa) da quantidade de informação que o sistema quântico em um determinado estado produzirá através da medição. Quanto maior a entropia do sistema quântico, menos informações podem ser extraídas. A Entropia de von Neumann de um Buraco Negro O processo de medição não pode ser realizado por um observador externo a elementos dentro do interior, além do horizonte de eventos. Assim, particionamos o horizonte de eventos do buraco negro com elementos cada uma da área k ao quadrado, onde k é o comprimento de Planck e assumimos que a área de Planck corresponde classicamente à projeção mínima do estado vetorial puro. Seja N o número finito total de partições. Pela hipótese 'no hair', não há local preferido no horizonte de eventos, de modo que cada elemento da partição deve ter a mesma ponderação. A entropia de von Neumann desta partição é proporcional a S a área da superfície do buraco negro.