Pourquoi Black Holes au milieu des galaxies n'aspire-t-il pas toute la galaxie?

Comme indiqué dans plusieurs sources, il est supposé que dans chaque galaxie il y a un trou noir au milieu.

Ma question est la suivante: pourquoi ces trous noirs au milieu des galaxies n'aspireraient-ils pas toute la matière environnante dans la galaxie?

Vous ne devriez pas penser aux trous noirs comme à "aspirer des choses". Les trous noirs interagissent avec la matière par gravité, comme n'importe quel autre objet. Pensez à notre système solaire. Toutes les planètes gravitent autour du soleil parce qu’il a beaucoup de masse. Comme les planètes ont un mouvement latéral (elles ne se déplacent pas directement vers ou à l'opposé du soleil), elles tournent autour de lui. Ceci est connu sous le nom de conservation du moment cinétique .

Quand on parle de gravité, tout ce qui compte est la masse des objets impliqués. Peu importe le type d'objet *. Si vous deviez remplacer le soleil par un trou noir ayant la même masse que notre soleil, les planètes continueraient sur les mêmes orbites qu'auparavant.

Maintenant, les trous noirs au centre de la plupart des galaxies spirales accumulent de la masse. Certains de ces trous noirs sont entourés de disques d’accrétion . Ce sont des disques tourbillonnants de gaz et de poussière qui tombent lentement dans le trou noir. Ces gaz et ces particules de poussière perdent leur moment cinétique en raison des interactions avec les gaz et les poussières à proximité et en émettant de l'énergie sous forme de chaleur. Certains de ces trous noirs ont de très grands disques d'accrétion et peuvent générer d'énormes quantités de rayonnement électromagnétique. Ceux-ci sont connus comme des noyaux galactiques actifs .

Donc, histoire longue, les trous noirs ne "sucent" pas. Ils interagissent simplement avec les choses de manière gravitationnelle. Les étoiles, les gaz et les autres matières de la galaxie ont un moment angulaire. Ils restent donc en orbite autour du centre de la galaxie. Cela ne tombe pas juste droit dans les yeux. C’est la même raison pour laquelle la Terre tourne autour du Soleil.

* Avertissement: lorsque vous parlez de choses telles que les forces de marée, vous devez tenir compte de la taille des objets. Mais pour la mécanique orbitale, nous n’avons pas à nous en préoccuper car les distances entre les objets sont généralement beaucoup plus grandes que les objets eux-mêmes.

J'ai déjà entendu parler d'un dessin animé / film / spectacle japonais dans lequel des pirates de l'espace menaçaient de comprimer la planète Jupiter dans un trou noir et de détruire ainsi la moitié de la galaxie de la Voie lactée.

Cela semble une idée intéressante, mais ... même si vous pouviez compresser Jupiter en un trou noir, sa masse resterait la même, ce qui signifie que Jupiter (maintenant un trou noir) continuerait à se déplacer autour de notre soleil dans sa même orbite. et les lunes de Jupiter continueraient à tourner autour de Jupiter comme auparavant.

Beaucoup de gens pensent qu’une fois qu’une étoile s’effondre dans un trou noir, son "pouvoir de succion" (sa force gravitationnelle) augmente. Ce n'est simplement pas le cas. Croyez-le ou non, beaucoup d'étoiles sont moins massives après avoir été transformées en trou noir qu'auparavant , alors qu'elles brillaient d'étoiles. En effet, à la fin de leur vie, certaines étoiles ont jeté une partie importante de leur couche externe dans l’espace juste avant de s’effondrer dans un trou noir.

J'ai lu que si vous comprimiez la Terre à la taille d'une cerise, sa densité serait si grande qu'elle deviendrait un trou noir. En supposant que cela soit vrai et que cela soit réellement fait, le trou noir de la Terre continuerait à tourner autour du soleil une fois par an et la lune de la Terre continuerait à tourner autour de la Terre environ une fois tous les 29,5 jours. (Maintenant, la rotation du nouveau trou noir de la Terre autour de son axe serait probablement différente, mais le temps qu'il faudrait pour tourner autour du soleil ne changerait pas.)

Étonnamment, une fois que la Terre serait comprimée dans un trou noir de la taille d'une cerise, moins de débris spatiaux y tomberaient qu'auparavant (quand la Terre avait la taille de ... eh bien, la Terre). Ceci est dû au fait que la Terre nouvellement formée occupant un trou noir prendrait beaucoup moins d'espace (volume) et que les astéroïdes et les comètes manqueraient plus facilement au volume de la taille d'un cerisier (ou légèrement plus grand que celui d'un cerisier): sinon, les débris seraient aspirés dans le trou noir.

Si les débris manquaient d'un kilomètre le trou noir de la Terre (ce qui pourrait sembler être une grande distance mais très minuscule en termes astronomiques), ils seraient projetés dans une direction différente, voire ne jamais revenir.

Donc, en gros, une idée fausse répandue chez les gens à propos des trous noirs est que rien n'a plus de gravité qu'un trou noir, et que les étoiles qui se transforment en trous noirs ont soudainement augmenté la gravité et ont donc plus de "puissance de succion". Ce n'est tout simplement pas vrai. Les trous noirs ont toujours la même masse qu'auparavant (parfois moins, en fonction de leur forme) et leur "puissance de succion" dépend toujours de la masse dont ils sont composés.

Même s’il est vrai que les étoiles les plus massives de l’univers sont bien des trous noirs (si on les appelle même étoiles à ce moment-là), il existe de nombreuses étoiles plus massives (et donc plus puissantes) beaucoup de trous noirs.

Ainsi, le fait que le centre de notre galaxie renferme probablement un trou noir super-massif ne signifie pas que le trou noir aspirerait plus de matière que s'il s'agissait de la même quantité de masse que celle qui se trouvait ne pas être en forme de trou noir.

La gravité suit la loi du carré inverse. Pour le dire simplement si vous doublez la distance d'une source de gravité, vous effectuez un quart. Donc, si vous doublez la distance que vous êtes de la terre, vous vous sentez 1 / 4g. Il est important de noter que plus la distance augmente, plus elle ne sera jamais égale à 0, ce sera toujours une valeur différente de zéro, quelle que soit la distance.

Donc, aux distances galactiques, la force de gravité du trou noir central a très peu d’effet.

Cela n’en explique qu’une partie. L'autre partie est la conservation du moment cinétique.

La force de gravité et le moment angulaire est ce qui est responsable des orbites. En mécanique orbitale, vous augmentez votre orbite en ajoutant de la vitesse, pas de l’altitude. Votre moment angulaire ajouté qui soulève votre orbite. Pour abaisser votre orbite, vous réduisez votre vitesse, ce qui réduit votre moment cinétique et votre altitude.

Donc, pour que les choses "tombent" dans un trou noir, elles doivent travailler à une vitesse telle que leur orbite croise l'horizon des événements. C'est rarement le cas ou ces "choses" ne seraient pas vraiment en orbite pour commencer. Donc, le simple fait que toutes les "choses" qui composent la galaxie gravite autour du trou noir central signifie qu'elle ne peut pas tomber.

Ces 3 choses sont toujours en équilibre sur une orbite stable, une force de gravité, une vitesse et une altitude (ou une distance de la source de gravité). Si vous changez l'un d'eux, les 2 autres doivent également changer. Si vous réduisez la vitesse, votre altitude diminue et la gravité augmente. Si vous augmentez la gravité, la vitesse doit également augmenter ou l'altitude diminuera.

Donc, vous voyez que les choses ne peuvent pas tomber dans le trou noir. Cela dit, j’estime qu’à terme, tout dans la galaxie tombera dans le trou noir central, mais cela prendra plusieurs milliards d’années.

Bien sûr, cela simplifie excessivement les choses et je ne suis en aucun cas un expert en la matière. Mais c’est quelque chose que je peux imaginer dans mon esprit, l’équilibre entre l’élan et la gravité.

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Vous devez également prendre en compte la matière noire qui interagit par gravité avec toute la "matière chaude" visible dans le disque galactique. La matière noire a été découverte en cartographiant avec soin les orbites des objets dans les galaxies et en constatant que la matière visible ne pouvait pas expliquer le mouvement orbital observé. L'un des mystères de la matière noire est qu'elle n'est pas entraînée dans le trou noir de la même manière que la matière chaude. La matière noire a pour effet pratique d’équilibrer l’attraction gravitationnelle du trou noir supermassif situé au centre de la galaxie.

Bien, je ne suis pas un étudiant en physique, mais je pense que les gens entretiennent généralement l'idée fausse du "pouvoir de sucer" d'un trou noir pour une raison.

Considérons l'équation de Newton pour la gravité:

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

$r_{ij}$

$r_{ij}$

Corrige moi si je me trompe.

Pour les galaxies dotées de grands trous noirs, la matière environnante est en orbite autour du ou des trous noirs, de la même manière que la lune tourne autour de la Terre.

La question est une analogie directe avec " Pourquoi la Lune ne tombe-t-elle pas sur le sol? " Ou " Pourquoi les planètes ne tombent-elles pas dans le soleil? ". Le trou noir est plus massif que le Soleil, mais ses effets sont du même type.

Une réponse rapide à votre question serait événement horizon ou rayon de Schwarzschild. Tout ce qui est assez proche de ce rayon / horizon sera éventuellement aspiré par le trou noir.

Il s'agit d'une idée fausse commune sur les trous noirs: ils «sucent» en quelque sorte tout ce qui les entoure ou y introduisent des objets. En réalité, vous pouvez maintenant remplacer le Soleil par un trou noir de la même masse et ne pas remarquer de différence immédiate. Ce n’est pas comme si cela allait soudainement se transformer en planètes, ce n’est pas comme cela que ça fonctionne.

Soyez patient, cela finira par se produire à moins que le taux d'expansion de la galaxie ne dépasse la croissance gravitationnelle du trou noir au fur et à mesure qu'il consomme la matière qui l'entoure.

Dans ce scénario, la galaxie finira par se diffuser, sa matière continuant de s'éloigner du trou noir jusqu'à ce qu'elle rencontre une autre galaxie. À ce stade, elle a de bonnes chances d'être finalement aspirée dans le trou noir de la galaxie. Rien ne survit éternellement .. :-)

La réponse simple est que tout le reste de la galaxie se déplace assez rapidement latéralement pour ne pas être aspiré. Au lieu de cela, la force de la succion (si vous préférez) entraîne le trajet des étoiles dans un cercle autour du trou noir.

Ce phénomène est "orbite". Comme d'autres réponses l'ont souligné, c'est pour la même raison que la Terre ne tombe pas dans le Soleil ou que la Lune ne tombe sur la Terre et que la Station spatiale internationale se propage à une vitesse d'environ 17 150 milles à l'heure. Ils vont tous de côté, la force d'un gros objet transforme ce mouvement de côté en mouvement circulaire, et s'ils n'allaient pas assez vite, ils courberaient ("tomberaient") vers ce grand objet et le percuteraient.

C'est comme si tu tournoyais un seau au bout d'une ficelle. Le seau va sur le côté, mais la ficelle le tire vers vous. Le seau ne s'envole pas loin de vous à cause de la force de la ficelle, il se courbe donc en cercle. La force de la ficelle s'avère insuffisante pour réduire le seau vers l'intérieur et vous frapper.

ENTROPY est proportionnel à la surface de l'horizon des événements d'un trou noir (voir ci-dessous l'argument quantique heuristique dû à Moffat / Wang pour expliquer pourquoi).

En supposant qu'une solution de Schwarzschild donne un rayon de 2 Gm pour l'horizon des événements avec m la masse du trou noir et la constante de G Newton. Ajouter de la masse à un trou noir augmente donc son entropie. Étant donné un système isolé d’énergie totale finie, il possède une entropie maximale finie qui agit comme un attracteur de la dynamique du système, ce qui limite l’horizon.

J von Neumann définit une version quantique de l'entropie comme suit: Soit f un état normal d'une algèbre locale d'observables O (D) agissant sur l'espace de Hilbert H. Ensuite, nous pouvons écrire ce f comme une somme convexe d'états purs. Pour un système d'énergie finie, cette somme est finie puisque H est alors une dimension finie. L'équivalent non-commutatif de Von Neumann d'une partition est l'opérateur de densité, c'est-à-dire la somme pondérée des projections sur les espaces vectoriels minimaux correspondant à ces états purs. équivalence bien connue;
Pour un tel état normal f, l'entropie de von Neumann est définie comme l'entropie des poids. Nous l'interprétons comme une mesure (inverse) de la quantité d'informations que le système quantique dans un état donné produira par la mesure. Plus l'entropie du système quantique est large, moins d'informations peuvent être extraites. L'entropie d'un trou noir de von Neumann Le processus de mesure ne peut pas être effectué par un observateur externe sur des éléments de l'intérieur, au-delà de l'horizon des événements. Nous partitionnons donc l'horizon des événements du trou noir avec des éléments de chaque aire k, où k est la longueur de Planck et supposons que l'aire de Planck correspond classiquement à la projection minimale de l'état vectoriel pur. Soit N le nombre total fini de partitions. Selon l'hypothèse «pas de cheveux», il n'y a pas de lieu privilégié à l'horizon des événements, de sorte que chaque élément de partition doit avoir la même pondération. L'entropie de von Neumann de cette partition est donc proportionnelle à S la surface du trou noir.