La matière peut-elle voler directement dans un trou noir et éviter le disque d'accrétion?

D'après ce que mon esprit non scientifiquement formé comprend, la matière pénètre généralement dans un trou noir en se rattrapant dans le disque d'accrétion en allant plus vite et plus près du trou noir jusqu'à ce qu'elle passe l'horizon des événements, le point de non-retour. En utilisant la Terre comme analogie pour un trou noir, je suppose que le disque d'accrétion tournerait autour de l'équateur, semblable aux anneaux de Saturne, et la question pourrait éventuellement s'écraser au Brésil ou quelque part le long de l'équateur?

Ma question principale est la suivante: la matière peut-elle simplement faire un coup droit dans le trou noir à une latitude plus élevée, disons directement dans la ville de New York, en évitant complètement le disque?

Comme vous pouvez probablement le constater par mon analogie simpliste, je suis un profane complet. Bien que l'on puisse s'attendre à un jargon sophistiqué et à des équations à l'aspect artistique (ce qui est bien), veuillez également le réduire au niveau de compréhension scientifique d'un majeur en administration des affaires intelligente.

black-hole accretion-discs

— iMerchant
source

Réponses:

Dans votre analogie: un satellite reste en orbite car il a un moment angulaire. Cela équilibre toujours la force de gravité, donc lorsque vous êtes dans le satellite (ou dans l'ISS), il semble que vous êtes en apesanteur, car l'équilibre de la force. C'est très important à comprendre, car c'est la raison pour laquelle dans l'espace tous les mouvements orbitaux peuvent - en principe - se perpétuer. Parce que l'élan angulaire est conservé.

Maintenant, pour s'écraser sur la Terre / BH, vous devez avoir un moment angulaire très faible (ce qui équivaut à n'avoir qu'un élan linéaire directement vers le bas dans le BH) ou vous devez perdre l'élan angulaire d'une manière ou d'une autre.
Près de la Terre, cela arrive à l'ISS , car elle a une orbite terrestre basse entre 350-450 km et à cette hauteur, il y a encore suffisamment de particules atmosphériques pour produire de la traînée.

Autour des trous noirs, c'est une chose très similaire.
Je définirai le rayon de Schwarzschild $R_s = \frac{GM}{c^2}$ comme échelle de longueur pertinente. Ensuite, tant que nous sommes à l'extérieur $3 R_s$ distance du BH, nous avons besoin, comme sur Terre, de frottements pour dissiper notre moment angulaire. Dans le cas des disques d'accrétion qui se forment autour de BH, cela peut être accompli par une dissipation turbulente comme indiqué dans le célèbre document de Shakura et Sunyaev .

Ensuite, seulement très près de la BH, à savoir à distance $< 3R_s$ , les distorsions spatio-temporelles nous aident à tomber dans le BH sans avoir besoin de source de friction supplémentaire. Comme vous le voyez, c'est une région très proche du Black Hole et il est mal représenté dans les récits populaires des BH que toute matière en orbite y tombera comme par magie.

— AtmosphericPrisonEscape
source

Merci pour votre réponse. Je suis toujours confus si vous dites si c'est possible ou non. Puis-je tirer une balle proverbiale directement vers le bas, sans angles, sur le trou noir de New York et la frapper?

— iMerchant

Oui, si vous visez bien. Le point de ma réponse était que, habituellement, dans l'espace, cela ne se produira pas, et donc l'infaillage de la matière en général a besoin de friction, avant que le BH puisse prendre le relais et le «dévorer». C'est pourquoi, dans la nature, vous avez généralement le disque.

— AtmosphericPrisonEscape

Pourquoi un disque et non un orbe d'accrétion? Je n'ai jamais compris pourquoi les choses dans un espace 3D (systèmes solaires, anneaux planétaires, etc.) ont plus ou moins tendance à se retrouver sur le même plan écliptique. C'est peut-être une question complètement différente, mais quelque peu liée car ma "balle" arrive sous un angle différent de celui du disque d'accrétion.

— iMerchant

Est-ce parce que les BH, les étoiles, les planètes, etc. tournent sur leur axe de sorte qu'elles ne sont pas des sphères parfaites et se gonflent un peu à leurs équateurs en raison de la force centrifuge, ayant ainsi une plus grande force gravitationnelle au milieu autour de l'équateur? Peut-être que je viens de répondre à ma propre question en y réfléchissant logiquement.

— iMerchant

@iMerchant: Je ne sais pas si je comprends bien votre question, mais cela ressemble à quelque chose qui m'a beaucoup dérouté en tant que premier cycle: comment une goutte de masse sphérique symétrique peut-elle s'effondrer dans un disque? Cela n'aurait pas beaucoup de sens. Eh bien, la solution est qu'en réalité, rien n'est parfaitement symétrique sphérique. De petites asymétries vont s'amplifier à mesure que le nuage de gaz s'effondre radialement et définir un sens de rotation nette pour l'ensemble du nuage. Après cela, c'est juste une question de friction pour amener la question sur le plan médian du futur disque. Cela n'a rien à voir avec des forces de gravité plus importantes.

— AtmosphericPrisonEscape

-1

Je suppose que c'est certainement possible, mais c'est très peu probable. Tout d'abord, vous auriez besoin que votre affaire entre directement, ce qui signifie qu'elle devrait voyager directement à la BH. Tout mouvement légèrement sur le côté, et il commencera à orbiter et à spirale dans le trou noir. C'est un objectif assez petit, ce qui rendrait déjà ce scénario peu plausible.

Cependant, votre principal problème sera le fait que (1) les trous noirs ont généralement des champs magnétiques et (2) les trous noirs tournent également généralement. Cela signifie que tout ce qui essaie d'entrer dans le trou noir aura tendance à être balayé et emporté avec le champ magnétique rotatif, ce qui provoquera une spirale. Vous pouvez bien sûr dire que votre matériau d'infaillage est neutre et ne fait donc pas Il n'interagit pas avec le champ, mais il ne peut en aucun cas rester neutre jusqu'au bout. À un moment donné, le frottement de la chute en fera un plasma et il sera alors «lié» au champ magnétique. Si vous connaissez vos champs magnétiques, vous pouvez suggérer de faire en sorte que cette matière puisse simplement tomber dans les pôles magnétiques car elle ne serait alors pas soumise à une traînée par le champ magnétique. Malheureusement,

En bref, il pourrait être possible de concevoir un scénario où la matière est simplement «déposée» sur le trou noir, mais les circonstances pour qu'un tel événement se produise sont extrêmement rares et seront probablement ruinées si le trou noir tourne ou a un aimant domaine (qui font presque tous).

— zéphyr
source

Je ne sais pas trop comment devenir un plasma. Il n'y a pas beaucoup de friction, sauf si vous interagissez avec le disque d'accrétion. Autour d'un trou noir stellaire, les forces de marée peuvent être suffisantes pour vous déchirer dans un plasma (?) Mais les forces de marée à l'horizon des événements d'un trou noir supermassif ne sont pas très élevées.

— James K

@JamesK Je ne suis pas sûr non plus, mais je pense que c'est certainement possible. Ma supposition est que le matériau infaillible deviendra turbulent et potentiellement chauffera suffisamment pour s'ioniser. Même s'il ne s'agit pas d'un plasma à part entière, une certaine ionisation pourrait être suffisante pour provoquer les effets dont je parlais, en particulier du matériau est suffisamment dense pour que le matériau ionisé et syndiqué ne puisse pas se découpler. Je pense que toute remarque sur ce sujet sera au mieux spéculative sans simulations de corps N complètes ou quelque chose.

— zephyr

@JamesK: Je pense que le disque devrait généralement produire une bonne quantité d'émissions X et UV, pour BH de quelques masses solaires. Selon l'efficacité de l'accrétion, cela peut représenter jusqu'à une fraction en pourcentage de la luminosité d'Eddington. Ce sera suffisant pour ioniser tout ce qui arrive et non dans le plan médian du disque d'accrétion.