Tại sao Hố đen ở giữa các thiên hà không hút toàn bộ thiên hà?

Như đã nêu trong một số nguồn, người ta cho rằng ở mọi thiên hà đều có một lỗ đen ở giữa.

Câu hỏi của tôi là, tại sao những lỗ đen ở giữa các thiên hà không hút hết các vật chất xung quanh trong thiên hà?

Bạn không nên nghĩ về các lỗ đen là "hút mọi thứ vào". Lỗ đen tương tác với vật chất thông qua trọng lực, giống như mọi vật thể khác. Hãy nghĩ về hệ mặt trời của chúng ta. Tất cả các hành tinh quay quanh mặt trời vì nó có rất nhiều khối lượng. Vì các hành tinh có một số chuyển động bên (chúng không di chuyển trực tiếp về phía hoặc ra khỏi mặt trời), nên chúng quay xung quanh nó. Điều này được gọi là bảo tồn động lượng góc .

Khi nói về trọng lực, tất cả những gì quan trọng là khối lượng của các vật thể liên quan. Nó không thực sự quan trọng đó là loại đối tượng nào *. Nếu bạn thay thế mặt trời bằng một lỗ đen có cùng khối lượng với mặt trời của chúng ta, các hành tinh sẽ tiếp tục trên quỹ đạo chính xác như trước.

Bây giờ, các lỗ đen ở trung tâm của hầu hết các thiên hà xoắn ốc đã tích tụ khối lượng. Một số lỗ đen này có đĩa bồi tụ xung quanh chúng. Đây là những đĩa khí và bụi đang xoáy vào lỗ đen. Những hạt khí và bụi này mất động lượng góc của chúng thông qua các tương tác với khí và bụi gần đó và bằng cách tỏa năng lượng dưới dạng nhiệt. Một số lỗ đen này có các đĩa bồi tụ rất lớn và có thể tạo ra lượng bức xạ điện từ rất lớn. Chúng được gọi là hạt nhân thiên hà hoạt động .

Vì vậy, câu chuyện dài ngắn, lỗ đen không "hút". Họ chỉ tương tác với những thứ hấp dẫn. Các ngôi sao, khí và các vật chất khác trong thiên hà có động lượng góc, vì vậy nó nằm trong quỹ đạo quanh tâm thiên hà. Nó không rơi thẳng vào. Đây là cùng một lý do Trái đất quay quanh Mặt trời.

* Tuyên bố từ chối trách nhiệm: Khi bạn nói về những thứ như lực thủy triều, bạn cần phải tính đến kích thước của các vật thể. Nhưng đối với cơ học quỹ đạo, chúng ta không cần phải lo lắng về điều đó bởi vì khoảng cách giữa các vật thể thường lớn hơn nhiều so với bản thân các vật thể.

Tôi đã từng nghe về một bộ phim hoạt hình / phim / chương trình của Nhật Bản nơi những tên cướp biển không gian đe dọa nén hành tinh Sao Mộc vào một lỗ đen và do đó phá hủy một nửa dải ngân hà.

Nghe có vẻ là một ý tưởng thú vị, nhưng ... ngay cả khi bạn có thể nén Sao Mộc vào lỗ đen, thì khối lượng của nó vẫn giữ nguyên, nghĩa là Sao Mộc (giờ là lỗ đen) vẫn sẽ tiếp tục di chuyển xung quanh mặt trời của chúng ta trên cùng quỹ đạo của chúng ta. và các mặt trăng của Sao Mộc vẫn sẽ tiếp tục quay quanh Sao Mộc như trước đây.

Nhiều người nghĩ rằng một khi một ngôi sao sụp đổ vào lỗ đen thì "sức hút" (lực hấp dẫn của nó) tăng lên. Điều này chỉ đơn giản là không phải vậy. Dù bạn có tin hay không, nhiều ngôi sao đã bớt đồ sộ sau khi chúng biến thành hố đen so với trước đây , khi chúng là những ngôi sao sáng. Điều này là do, vào cuối đời, một số ngôi sao đã đổ một phần đáng kể lớp ngoài của chúng vào không gian ngay trước khi chúng sụp đổ thành một lỗ đen.

Tôi đã đọc rằng nếu bạn nén Trái đất với kích thước của một quả anh đào, mật độ của nó sẽ lớn đến mức nó sẽ biến thành một lỗ đen. Giả sử điều đó là đúng và thực tế đã được thực hiện, lỗ đen của Trái đất vẫn sẽ tiếp tục quay quanh mặt trời mỗi năm một lần và mặt trăng của Trái đất sẽ tiếp tục quay quanh Trái đất cứ sau 29,5 ngày một lần. (Bây giờ, vòng quay của Trái đất lỗ đen mới về trục của nó có thể sẽ khác, nhưng thời gian để quay quanh mặt trời sẽ không thay đổi.)

Đáng ngạc nhiên, một khi Trái đất bị nén vào một lỗ đen có kích thước bằng quả anh đào, các mảnh vụn không gian sẽ rơi vào nó nhiều hơn trước (khi Trái đất có kích thước bằng ... à, Trái đất). Điều này là do Trái đất hố đen mới hình thành sẽ chiếm ít không gian (thể tích) hơn và các tiểu hành tinh và sao chổi sẽ dễ bỏ lỡ khối lượng kích thước anh đào (hoặc lớn hơn một chút so với anh đào), nếu không bỏ lỡ, sẽ khiến các mảnh vụn bị hút vào lỗ đen.

Nếu các mảnh vỡ đã bỏ lỡ Trái đất hố đen thậm chí chỉ một km (có vẻ như là một khoảng cách lớn đối với chúng ta, nhưng rất nhỏ về mặt thiên văn học), nó sẽ bị ném đi theo một hướng khác, có thể không bao giờ quay trở lại.

Vì vậy, về cơ bản, một quan niệm sai lầm phổ biến mà mọi người mắc phải về lỗ đen là không có gì có lực hấp dẫn hơn lỗ đen và những ngôi sao hình thành hố đen đột nhiên có lực hấp dẫn tăng lên và do đó có thêm "sức hút". Đơn giản là nó sai. Các lỗ đen vẫn có cùng khối lượng như trước đây (đôi khi ít hơn, tùy thuộc vào cách chúng hình thành) và mức độ "sức hút" mà chúng có vẫn phụ thuộc vào khối lượng chúng được tạo thành.

Mặc dù có thể đúng là những ngôi sao to nhất trong vũ trụ thực sự là những hố đen (nếu bạn thậm chí gọi chúng là những ngôi sao vào thời điểm đó), tồn tại nhiều ngôi sao có khối lượng lớn hơn (và do đó có "sức hút" lớn hơn) nhiều lỗ đen.

Vì vậy, việc trung tâm thiên hà của chúng ta có thể chứa một lỗ đen siêu lớn không có nghĩa là lỗ đen đó sẽ hút bất kỳ vật chất nào nhiều hơn nếu nó có cùng khối lượng không xảy ra ở dạng lỗ đen.

Trọng lực tuân theo định luật nghịch đảo vuông. Nói một cách đơn giản nếu bạn tăng gấp đôi khoảng cách từ nguồn trọng lực, bạn có hiệu lực. Vì vậy, nếu bạn nhân đôi khoảng cách bạn đến từ trái đất, bạn cảm thấy 1 / 4g. Điều quan trọng cần lưu ý là khi khoảng cách tăng lên, nó sẽ không bao giờ bằng 0, nó sẽ luôn là một giá trị khác không, bất kể khoảng cách.

Vì vậy, ở khoảng cách thiên hà, lực hấp dẫn, lỗ đen trung tâm có rất ít tác dụng.

Điều này chỉ giải thích một phần của nó. Phần khác là bảo tồn động lượng góc.

Lực hấp dẫn và động lượng góc là những gì chịu trách nhiệm cho quỹ đạo. Trong cơ học quỹ đạo, bạn tăng quỹ đạo của mình bằng cách thêm tốc độ, không phải độ cao. Thêm động lượng góc của bạn mà tăng quỹ đạo của bạn. Để giảm quỹ đạo của bạn, bạn giảm tốc độ làm giảm động lượng góc và độ cao của bạn.

Vì vậy, để mọi thứ "rơi" vào một lỗ đen, chúng phải di chuyển với tốc độ mà quỹ đạo của chúng giao nhau với chân trời sự kiện. Điều này hiếm khi xảy ra hoặc những "điều" đó sẽ không thực sự đi vào quỹ đạo để bắt đầu. Vì vậy, thực tế là tất cả các "công cụ" tạo nên thiên hà quay quanh lỗ đen trung tâm có nghĩa là nó không thể rơi vào đó.

3 điều này luôn cân bằng trong quỹ đạo ổn định, lực hấp dẫn, tốc độ và độ cao (hoặc khoảng cách từ nguồn trọng lực). Nếu bạn thay đổi một trong hai thì 2 cái còn lại cũng phải thay đổi. Nếu bạn giảm tốc độ, độ cao của bạn sẽ giảm xuống và trọng lực tăng lên. Nếu bạn tăng trọng lực thì tốc độ cũng phải tăng hoặc độ cao sẽ giảm.

Vì vậy, bạn thấy mọi thứ không thể rơi vào lỗ đen. Điều đó nói rằng quan điểm của tôi là cuối cùng mọi thứ trong thiên hà sẽ rơi vào lỗ đen trung tâm, tuy nhiên điều này sẽ mất nhiều tỷ năm.

Tất nhiên điều này là quá đơn giản hóa mọi thứ, và tôi không có nghĩa là một chuyên gia về công cụ này. Nhưng đó là thứ tôi có thể hình dung trong đầu, sự cân bằng giữa động lượng và trọng lực.

v

Bạn cũng phải tính đến vật chất tối đang tương tác hấp dẫn với tất cả "vật chất nóng" có thể nhìn thấy trong đĩa thiên hà. Vật chất tối được phát hiện bằng cách lập bản đồ cẩn thận quỹ đạo của các vật thể trong các thiên hà và phát hiện ra rằng vật chất có thể nhìn thấy không thể giải thích cho chuyển động quỹ đạo quan sát được. Một trong những bí ẩn của vật chất tối là nó không bị kéo vào lỗ đen theo cách vật chất nóng. Vật chất tối có tác dụng thực tế trong việc cân bằng một số lực hấp dẫn của lỗ đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà.

Chà, tôi không phải là sinh viên vật lý, nhưng tôi nghĩ mọi người thường nuôi dưỡng quan niệm sai lầm về "sức hút" của lỗ đen vì một lý do.

Chúng ta hãy xem xét phương trình Newton cho trọng lực:

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

$r_{ij}$

$r_{ij}$

Sửa lỗi cho tôi nếu tôi sai.

Đối với các thiên hà có lỗ đen lớn, vật chất xung quanh nằm trong quỹ đạo xung quanh (các) lỗ đen, giống như cách mặt trăng quay quanh trái đất.

Câu hỏi tương tự như " Tại sao Mặt trăng không rơi xuống đất? " Hoặc " Tại sao các hành tinh không rơi xuống mặt trời? ". Lỗ đen lớn hơn Mặt trời, nhưng hiệu ứng của nó cùng loại.

Một câu trả lời nhanh cho câu hỏi của bạn sẽ là chân trời sự kiện hoặc bán kính Schwarzschild. Bất cứ thứ gì khá gần với bán kính / đường chân trời này cuối cùng sẽ bị lỗ đen hút lên.

Đây là một quan niệm sai lầm phổ biến về các lỗ đen: rằng bằng cách nào đó chúng 'hút' mọi thứ xung quanh hoặc kéo mọi thứ vào chúng. Trong thực tế, bạn có thể thay thế Mặt trời bây giờ bằng một lỗ đen có cùng khối lượng và không nhận thấy bất kỳ sự khác biệt nào ngay lập tức. Nó không giống như nó đột nhiên bắt đầu vướng vào các hành tinh xung quanh nó, đó không phải là cách nó hoạt động.

Hãy kiên nhẫn, cuối cùng nó sẽ trừ khi tốc độ giãn nở của thiên hà vượt quá mức tăng trưởng hấp dẫn của lỗ đen khi nó tiêu thụ vật chất xung quanh nó.

Trong kịch bản đó, thiên hà cuối cùng sẽ khuếch tán, với vật chất của nó tiếp tục di chuyển ra khỏi lỗ đen cho đến khi nó gặp một thiên hà khác, tại thời điểm đó, nó có cơ hội tốt để cuối cùng bị hút vào lỗ đen của thiên hà đó. Không có gì tồn tại mãi mãi .. :-)

Câu trả lời đơn giản là mọi thứ khác trong thiên hà sẽ đi ngang đủ nhanh để thoát khỏi bị hút vào. Thay vào đó, lực hút (nếu bạn muốn) khiến các đường đi của các ngôi sao bị kéo vào một vòng tròn quanh lỗ đen.

Hiện tượng này là "quỹ đạo". Như câu trả lời khác chỉ ra, đó là lý do tương tự Trái đất không rơi vào mặt trời, hay sự sụp đổ trăng vào Trái Đất, và tại sao Trạm vũ trụ quốc tế bay vút cùng vào khoảng 17.150 dặm một giờ. Tất cả đều đi ngang, lực của một số vật thể lớn đang chuyển chuyển động ngang sang chuyển động tròn và nếu chúng không đi đủ nhanh thì chúng sẽ cong ("rơi") về phía vật thể lớn đó và đâm vào nó.

Nó giống như nếu bạn quay một cái xô ở cuối chuỗi. Cái xô đi ngang, nhưng chuỗi đang kéo nó về phía bạn. Cái xô không bay ra khỏi bạn vì lực từ dây, và vì vậy nó cong theo vòng tròn. Lực từ dây xảy ra không đủ để làm sập thùng vào trong và đánh bạn.

tất cả về ENTROPY tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt của chân trời sự kiện của lỗ đen (xem bên dưới để biết lập luận lượng tử heuristic do Moffat / Wang về lý do tại sao lại như vậy).

Giả sử một giải pháp Schwarzschild cho bán kính 2Gm cho chân trời sự kiện với m khối lượng lỗ đen và hằng số G Newton. Thêm khối lượng vào lỗ đen do đó làm tăng entropy của nó. Với một hệ cô lập tổng năng lượng hữu hạn, nó có một entropy cực đại hữu hạn đóng vai trò là lực hấp dẫn cho động lực học của hệ thống, đặt một giới hạn trên đường chân trời.

J von Neumann định nghĩa một phiên bản lượng tử của entropy như sau: Gọi f là trạng thái bình thường của đại số cục bộ của các vật quan sát O (D) tác động lên không gian Hilbert H. Sau đó, chúng ta có thể viết f này dưới dạng tổng lồi của các trạng thái thuần túy. Đối với một hệ thống năng lượng hữu hạn, tổng này là hữu hạn vì H sau đó là hữu hạn của Von Neumann tương đương với một phân vùng là toán tử mật độ, tức là tổng trọng số của các phép chiếu lên các không gian vectơ tối thiểu tương ứng với các trạng thái thuần nhất này tương đương nổi tiếng;
Đối với trạng thái bình thường f, entropy von Neumann được định nghĩa là entropy của các trọng số. Chúng tôi giải thích nó như một thước đo (nghịch đảo) về lượng thông tin mà hệ thống lượng tử ở một trạng thái nhất định sẽ mang lại thông qua phép đo. Entropy của hệ lượng tử càng lớn thì càng ít thông tin có thể được trích xuất. Entropy von Neumann của một hố đen Quá trình đo không thể được thực hiện bởi một người quan sát bên ngoài đối với các yếu tố bên trong, bên ngoài chân trời sự kiện. Do đó, chúng tôi phân vùng chân trời sự kiện của lỗ đen với các phần tử mỗi diện tích k bình phương, trong đó k là chiều dài Planck và giả sử khu vực Planck tương ứng kinh điển với hình chiếu tối thiểu của trạng thái vectơ thuần túy. Gọi N là tổng số phân vùng hữu hạn. Theo giả thuyết 'không có tóc', không có vị trí ưa thích nào trên đường chân trời sự kiện, do đó mỗi phần tử phân vùng phải có cùng trọng số. Do đó, entropy von Neumann của phân vùng này tỷ lệ với S diện tích bề mặt của lỗ đen.