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

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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?

OiRc
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Xkcd obligatoire .
Raidri dit Réintégrer Monica
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@Raidri Il existe également un bon point sur la relation entre la masse et la gravité dans le livre What-If . L’IICC discute des effets qu’aurait un fragment de «matériau d’étoile à neutrons» sur la Terre. Longue histoire courte: n'y touchez pas. Si vous ne l'avez pas déjà fait, je suggère fortement de prendre un exemplaire (du livre, pas de l'étoile à neutrons).
thanby
S'il vous plaît ne pas utiliser l'espace de commentaire pour les réponses.
appelé2voyage
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Aux dernières nouvelles, il n'était pas supposé que "dans chaque galaxie, il y a un trou noir au milieu". Notez l'accent sur chaque . Devrait éditer "toutes les galaxies" en "nombreuses galaxies"
Aaron

Réponses:

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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.

Phiteros
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Pour ajouter, si le Soleil devenait un trou noir et s’il y parvenait sans perdre de sa masse, la Terre et le reste du système solaire continueraient de tourner autour de lui comme à son habitude. Vous finissez par être "aspiré" dans le trou noir si vous vous en approchez vraiment, à quel point la force de gravitation est énorme. Mais vous devez être très proche. À titre d’illustration, il faudrait compresser la Terre à environ 1 cm de large pour devenir un trou noir. Dans la vraie vie, même si vous creusez au cœur de la Terre, vous ne sentirez pas ce type de gravité puisque la masse est au-dessus de vous (voir le théorème de la coque).
Allure
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"Certaines de ces galaxies ont de très grands disques d'accrétion" Je pense que vous vouliez dire "Certains de ces trous noirs ..."
jpmc26
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Mise en garde pédante possible - sur une échelle de temps suffisamment longue, on pourrait s’attendre à ce que les divers objets en orbite autour d’un trou noir galactique finissent par y tomber car la friction avec le milieu interstellaire épuise progressivement leur moment angulaire. Bien sûr, la densité du milieu interstellaire est si faible que "une échelle de temps assez longue" est probablement absurde, ridiculement longue (presque certainement plus longue que la durée de vie de tout objet de la galaxie).
aroth
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Je viens de me rendre compte qu'une galaxie est essentiellement un disque d'accrétion géant pour le trou noir supermassif au milieu ...
John Dvorak
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@JohnDvorak Pas du tout la même chose. Le système trou noir + disque d'accrétion est largement dominé et est entraîné par la gravité du trou noir. Gros comme le trou noir supermassif peut être, c'est juste un grain de poussière à l'échelle de la galaxie entière. La galaxie est un système très différent d'un disque d'accrétion: elle est maintenue par sa propre gravité totale, par opposition à une simple orbite autour d'un trou noir.
Florin Andrei
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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.

JL
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Une autre inexactitude concernant les pirates de l’espace détruisant la moitié de la Voie lactée avec un trou noir est le fait que tout changement dans le champ gravitationnel de Jupiter ne se propagerait pas plus vite que la lumière et qu’il faudrait donc des dizaines de milliers d’années pour achever toutes ces destructions.
Michael
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En outre, la destruction de la galaxie ne va-t-elle pas à l’encontre des objectifs habituels du piratage?
rickster
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Bon et clair rappel d'une idée fausse commune. Merci de souligner qu'un trou noir n'est pas moins qu'un objet de gravitation.
Benj
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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.

v

ArtistiquePhoenix
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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.

Steven Liszewski
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3
Cela dépend de la manière dont la matière est distribuée. On pense généralement que la matière noire se produit dans une sphère autour de la galaxie. Pour une distribution sphérique de la matière, il vous suffit de vous préoccuper de la partie intérieure de votre orbite; ce qui est à l'extérieur ne vous concernera pas. Ainsi, la matière noire aura toujours le même résultat de vous attirer vers l’intérieur.
Phiteros
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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=Gmimjrij2rij

rij

rij

Corrige moi si je me trompe.

Sabyasachi Mukherjee
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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.

Toby Speight
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Ce n'est pas du tout une situation typique. Dans la grande majorité des cas, le trou noir est une fraction infime de la masse totale de la galaxie. Il y a des valeurs aberrantes, bien sûr, mais ce sont des exceptions.
Florin Andrei
Peut-être est-il plus juste de dire que les trous noirs et autres matières sont tous en orbite les uns avec les autres. Quoi qu'il en soit, le point important est qu'il existe une bonne analogie avec la question que la plupart d'entre nous avons posée dans notre enfance.
Toby Speight
Je suis désolé, mais ce n'est pas une bonne analogie. Ce que vous décrivez est littéralement une poignée de cas parmi d'innombrables millions.
Florin Andrei
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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.

utilisateur1157
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2

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.

À M
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Veuillez ne pas répéter ce qui est déjà dans d'autres réponses
Jan Doggen
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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 .. :-)

Dan
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1
Qu'est-ce qui vous fait penser que la galaxie est en expansion? Bien sûr, l'univers est en expansion, mais cela ne se produit qu'à très grande échelle. Les galaxies individuelles et même les amas de galaxies ne sont pas en expansion car leur gravité est supérieure à celle de cette échelle.
PM 2Ring
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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.

Len
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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.

Prof James Moffat
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Bien que l'entropie du trou noir et la liaison de Beckenstein soient un sujet important et fascinant, je ne vois pas en quoi cela est particulièrement pertinent pour la question du PO.
PM 2Re
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Ceci est un copypasta de researchgate.net/profile/Charles_Wang28/publication/… sans rapport avec la question du PO.
MBR
J'ai amélioré ma réponse pour prendre en compte les aimables commentaires
Professeur James Moffat