Neden galaksilerin ortasında bulunan Kara Delikler tüm galaksiyi emmiyor?

Çeşitli kaynaklarda belirtildiği gibi, her galakside ortada bir kara delik olduğu varsayılmaktadır.

Sorum şu, galaksilerin ortasındaki bu kara delikler neden galaksideki tüm çevreyi emmiyorlar?

Karadelikleri "emici şey" olarak düşünmemelisin. Kara delikler madde ile etkileşime giriyor, diğer nesnelerle aynı. Güneş Sistemimizi düşünün. Bütün gezegenler güneş etrafında yörüngededir, çünkü çok fazla kütlesi vardır. Gezegenler bir miktar yanal harekete sahip olduklarından (doğrudan güneşe doğru ya da uzağa doğru hareket etmiyorlar) etrafında dolanırlar. Bu açısal momentumun korunumu olarak bilinir .

Yerçekimi hakkında konuşurken, önemli olan tüm ilgili nesnelerin kütlesidir. Ne tür bir nesne olduğu gerçekten önemli değil *. Güneşi, güneşimizle aynı kütleye sahip bir kara delikle değiştirecekseniz, gezegenler eskisi gibi aynı yörüngelerde devam ederdi.

Şimdi, çoğu sarmal gökadanın merkezindeki kara delikler kütle biriktiriyor. Bu kara deliklerin bazıları çevrelerinde biriktirme diskleri var . Bunlar yavaş yavaş kara deliğe düşen dönen gaz ve toz diskleridir. Bu gaz ve toz parçacıkları, yakındaki gaz ve toz ile etkileşimler ve ısı olarak enerjiyi yayarak açısal momentumlarını yitirir. Bu kara deliklerin bazıları çok büyük toplama disklerine sahiptir ve büyük miktarda elektromanyetik radyasyon üretebilir. Bunlar aktif galaktik çekirdekler olarak bilinir .

Yani, uzun lafın kısası, kara delikler "emmez". Sadece yerçekimsel olarak şeylerle etkileşime giriyorlar. Galaksideki yıldızlar, gazlar ve diğer maddeler açısal momentuma sahiptir, bu yüzden galaksinin merkezinde yörüngede kalır. Sadece doğruca içeri girmiyor. Bu, Dünya'nın Güneş etrafında dolaşmasıyla aynı sebep.

* Yasal Uyarı: Gelgit kuvveti gibi şeyler hakkında konuştuğunuzda, nesnelerin boyutunu dikkate almanız gerekir. Ancak yörünge mekaniği için, endişelenmemize gerek yok çünkü nesneler arasındaki mesafeler genellikle nesnelerin kendisinden çok daha büyük.

Bir keresinde uzay korsanlarının Jüpiter gezegenini bir kara deliğe sıkıştırmakla tehdit ettiği ve böylece Samanyolu galaksisinin yarısını yok ettiği bir Japon çizgi film / film / şovu duydum.

İlginç bir fikir gibi gözüküyor, ama ... Jüpiter'i bir kara deliğe sıkıştırabilseniz bile, kütlesi aynı kalır, yani Jüpiter'in (şimdi bir kara delik) aynı yörüngede güneşimizin etrafında dolaşmaya devam edeceği anlamına gelir. ve Jüpiter'in uyduları daha önce olduğu gibi Jüpiter'in yörüngesini değiştirmeye devam edecekti.

Birçok insan, bir yıldız bir kara deliğe çöktüğünde, “emme gücünün” (çekim kuvveti) arttığını düşünür. Bu sadece durum böyle değil. İster inanın ister inanmayın, pek çok yıldız vardır az masif sonra onlar daha bir kara deliğe dönüşen önce onlar yıldızlı parlayan edildiğinde,. Bunun nedeni, yaşamlarının sonunda, bazı yıldızların, dış katmanlarının önemli bir bölümünü kara deliğe çökmeden hemen önce uzaya atmalarıdır.

Dünyayı bir kirazın büyüklüğüne sıkıştırırsanız, yoğunluğunun o kadar büyük olacağını, kara deliğe dönüşeceğini okudum. Bunun doğru olduğunu ve aslında yapıldığını varsayarsak, Dünya'nın kara deliği her yıl bir kez güneşi yörüngede almaya devam edecek ve Dünya'nın ayı her 29.5 günde bir Dünyayı yörüngede tutmaya devam edecektir. (Şimdi, yeni karadelik-Dünya'nın ekseni etrafındaki dönüşü muhtemelen farklı olacaktı, ancak güneşin yörüngesine döneceği zaman değişmeyecekti.)

Şaşırtıcı bir şekilde, Dünya kiraz büyüklüğünde bir kara deliğe sıkıştırıldığında, daha az alan enkazı içine düşecek (Dünya'nın büyüklüğü ... olduğu zaman, Dünya). Bunun nedeni, yeni oluşturulan karadelik-Dünya'nın çok daha az yer kaplaması (hacim) ve asteroitlerin ve kuyruklu yıldızların, kiraz boyutundaki (veya kiraz boyutundan biraz daha büyük) hacmini kaçırması daha muhtemel olmasıdır. kaçırılmaması durumunda, döküntülerin kara deliğe emilmesine neden olur.

Enkaz kara delik-Dünya'yı bir kilometrede bile kaçırdıysa (ki bu bize uzak bir mesafeye benzeyebilir, ancak astronomik açıdan çok küçüktü), muhtemelen geri dönmeyecek şekilde farklı bir yöne fırlatılırdı.

Bu nedenle, temel olarak, insanların kara deliklerle ilgili ortak bir yanılgı olduğu, hiçbir şeyin kara delikten daha fazla yerçekimine sahip olmadığı ve aniden kara delikler haline gelen yıldızların yerçekimini arttırdığı ve bu nedenle daha fazla "emici güç" elde ettikleridir. Bu sadece doğru değil. Kara delikler hala eskisi ile aynı kütleye sahiptir (bazen nasıl oluştuklarına bağlı olarak) ve ne kadar “emici güç” yaptıkları hala ne kadar kütleden oluştuklarına bağlıdır.

Evrendeki en büyük yıldızların aslında kara delikler olduğu doğru olsa da ( bu noktada onları yıldız olarak adlandırırsanız bile ), çok daha büyük (ve dolayısıyla “emme gücüne sahip”) birçok yıldız vardır. birçok kara delik.

Dolayısıyla, galaksimizin merkezinin muhtemelen çok büyük bir kara delik içermesi, kara deliğin, kara delik formunda olmayan aynı kütle miktarından daha fazla maddeyi emeceği anlamına gelmez.

Yerçekimi ters kare yasasını izler. Basitçe söylemek gerekirse, bir yerçekimi kaynağından mesafeyi ikiye katlarsanız çeyreklik olur. Yani mesafeyi ikiye katlarsanız, dünyadan 1 / 4g hissedersiniz. Mesafe arttıkça asla 0 olmayacağını, mesafe ne olursa olsun her zaman sıfır olmayan bir değer olacağını unutmayın.

Bu nedenle galaktik mesafelerde, yerçekimi kuvveti, merkezi kara deliğin çok az bir etkisi vardır.

Bu sadece bir kısmını açıklar. Diğer kısım açısal momentumun korunumu.

Yerçekimi kuvveti ve açısal momentum yörüngeden sorumludur. Yörünge mekaniklerinde, yörüngenizi yükseklik değil hız ekleyerek yükseltirsiniz. Yörüngenizi yükselten açısal momentum eklemek. Yörüngenizi düşürmek için açısal momentumunuzu ve irtifalarınızı azaltan hızı düşürürsünüz.

Dolayısıyla, bir kara deliğe "düşmek" için, yörüngelerinin olay ufkuyla kesiştiği bir hızda ilerliyor olmaları gerekir. Bu nadiren durumdur veya bu "şeyler" baştan gerçekten yörüngede olmaz. Bu yüzden, galaksiyi oluşturan tüm “eşyaların” merkezi kara deliğe yuvarlandığı gerçeği, onun içine düşmeyeceği anlamına geliyor.

Bu 3 şey her zaman sabit bir yörüngede, yerçekimi kuvvetinde, hızda ve yükseklikte (veya yerçekimi kaynağından uzakta) dengededir. Bunlardan birini değiştirirseniz, diğerinin de değişmesi gerekir. Hızı düşürürseniz rakım aşağı iner ve yerçekimi artar. Yerçekimini arttırırsanız, hız da artmalı veya irtifa düşecektir.

Görüyorsun, işler sadece kara deliğe düşemez. Sonunda galaksideki her şeyin merkezi kara deliğe düşeceği görüşündeyim, ancak bu milyarlarca yıl alacaktır.

Tabii ki bu işleri aşırı derecede basitleştiriyor ve bu konuda uzman değilim. Ama aklımda, momentum ve yerçekimi arasındaki dengeyi hayal edebildiğim bir şey.

v

Ayrıca, galaktik diskte görülebilen tüm "sıcak madde" ile çekimsel olarak etkileşime giren karanlık maddeyi de hesaba katmalısınız. Karanlık madde, galaksilerdeki nesnelerin yörüngelerinin dikkatlice haritalandırılması ve görülebilen maddenin gözlemlenen yörünge hareketini hesaba katamayacağını tespit ederek keşfedildi. Karanlık maddenin gizemlerinden biri, sıcak maddenin olduğu gibi kara deliğe çekilmemesidir. Karanlık madde, galaksinin merkezindeki süper kütleli kara deliğin bazı yerçekimsel çekimlerini dengelemenin pratik etkisine sahiptir.

Ben bir fizik öğrencisi değilim, ama bence insanlar genellikle bir kara delik için “emici güç” kavramını yanlış bir şekilde besliyorlar.

Newton'un yerçekimi denklemini düşünelim:

$F = {Gm_im_j\over r_{ij}^2}$ i ve j iki gövdesi için ve iki cismin kütle merkezi arasındaki mesafedir.$r_{ij}$

Şimdi, eğer bugün Güneş aniden ağırlık atmadan kara delik haline gelmeye karar verirse, Dünya'nın yörüngesini etkilemeyecektir, çünkü Güneş'in hacmi değişse bile, sabit kalır.$r_{ij}$

Kara Delikler'in “emiş” nedeni, gezegenlere ve yıldızlara kıyasla çok daha az hacim kapladıklarından, bileşeninin gerçekten küçük olmasını sağlayabilirsiniz .$r_{ij}$

Yanlışsam düzelt.

Büyük kara deliklere sahip galaksiler için, çevre madde kara ayların etrafındaki yörüngede, ayın yörüngede döndüğü gibi.

Soru, " Ay neden yere düşmüyor? " Veya " Neden gezegenler güneşe düşmüyor? " Kara delik Güneş'ten daha büyük, ancak etkileri aynı tipte.

Sorunuz için hızlı bir cevap olay ufku ya da Schwarzschild yarıçapı olacaktır. Bu yarıçap / ufka oldukça yakın olan herhangi bir şey sonunda kara delik tarafından emilecektir.

Bu kara deliklerle ilgili yaygın bir yanılgıdır: Bir şekilde etraflarındaki her şeyi 'emerler' ya da içine çekerler. Gerçekte, Güneşi şimdi aynı kütleli bir kara delikle değiştirebilir ve anında bir fark göremezsiniz. Bir anda etrafındaki gezegenlerde gezinmeye başlayacağı gibi değil, sadece işleyişi böyle değil.

Sabırlı olun, sonunda galaksinin genişleme hızı, etrafındaki maddeyi tüketirken kara deliğin yerçekimsel büyümesini geçmediği sürece olacaktır.

Bu senaryoda, galaksi sonunda dağılacak, meselesi kara delikten uzaklaşıp başka bir galaksiyle karşılaşıncaya kadar gitmeye devam edecek, bu noktada sonunda galaksinin kara deliklerine çekilme şansı da yüksek olacaktır. Hiçbir şey sonsuza dek hayatta kalamaz .. :-)

Basit cevap, galaksideki diğer her şeyin içine çekilmekten kaçacak kadar hızlı gitmesidir. Bunun yerine, emmenin gücü (eğer istersen) yıldızların yollarının kara deliğin etrafındaki bir daireye çekilmesine neden olur.

Bu fenomen "yörünge" dir. Diğer cevapların da belirttiği gibi, Dünya'nın Güneş'e düşmemesi ya da Ay'ın Dünya'ya düşmesi ve Uluslararası Uzay İstasyonunun saatte yaklaşık 17.150 mil boyunca savrması aynı sebep. Hepsi yanlara doğru gidiyor, bazı büyük nesnelerin gücü bu yan hareketi dairesel harekete çeviriyor ve yeterince hızlı gitmezse, o zaman bu büyük nesneye doğru kıvrılıyor (“düşüyor”).

Bir ipin ucuna bir kova koşturmuş gibisin. Kova yana doğru ilerliyor, ancak ip size doğru çekiyor. Kova, ipten gelen kuvvet nedeniyle sizden uzağa uçmaz ve bu yüzden bir daire içinde kıvrılır. İpten gelen kuvvet kovayı içeri doğru daraltmak ve size vurmak için yeterli olmaz.

her şey bir kara deliğin olay ufkunun yüzey alanıyla orantılı olan ENTROPY ile ilgilidir (bunun neden olduğu için Moffat / Wang'a bağlı bir sezgisel kuantum argümanı için aşağıya bakınız).

Bir Schwarzschild çözümünün, kara delik kütlesi ve G Newton sabiti olan olay ufku için 2G yarıçapı verdiği varsayılmaktadır. Kara deliğe kütle eklemek, böylelikle entropisini arttırır. İzole sonlu toplam enerjiden oluşan bir sistem göz önüne alındığında, sistemin dinamikleri için bir çekimci olarak işlev gören ve ufka sınır koyan sınırlı bir maksimum entropiye sahiptir.

J von Neumann, entropinin kuantum versiyonunu şu şekilde tanımlar: f, Hilbert uzay H üzerinde etki eden gözlemlenebilir bir O (D) cebirinin normal bir hali olsun. Daha sonra, bu f yi saf durumların dışbükey bir toplamı olarak yazabiliriz. Sonlu enerji sistemi için bu toplam sonludur, çünkü H, sonlu boyutludur. Von Neumann'ın değişmeyen bir bölümünün eşdeğerliği, yoğunluk işlecidir, yani, bu saf hallere karşılık gelen minimum vektör uzayları üzerine çıkıntıların ağırlıklı toplamı. iyi bilinen denklik;
Böyle bir normal durum için, von Neumann entropisi, ağırlıkların entropisi olarak tanımlanır. Bunu, belirli bir durumda kuantum sisteminin ölçüm yoluyla elde edeceği bilgi miktarının (ters) bir ölçüsü olarak yorumlarız. Kuantum sisteminin entropisi ne kadar büyük olursa, o kadar az bilgi elde edilebilir. Bir Kara Deliğin von Neumann Entropisi Ölçüm işlemi, olay ufkunun ötesinde, iç kısımdaki öğelere harici bir gözlemci tarafından gerçekleştirilemez. Böylece kara deliğin olay ufkunu, her biri k kare alanlı elemanlarla bölümlendiriyoruz; burada k, Planck uzunluğudur ve Planck alanının, klasik olarak saf vektör durumunun minimal projeksiyonuna karşılık geldiğini varsayar. N, toplam sonlu bölüm sayısı olsun. “Saçsız” hipotezi ile olay ufkunda tercih edilen bir yer yoktur, böylece her bölüm elemanı aynı ağırlıkta olmalıdır. Böylece, bu bölümün von Neumann entropisi, kara deliğin yüzey alanı S ile orantılıdır.