Les limites de Roche s'appliquent-elles aux trous noirs?

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Prenons le trou noir A, un trou noir super massif au centre de la galaxie. Son orbite est le trou noir B, un trou noir beaucoup moins massif.

Si un corps passant devait modifier l'orbite du trou noir B de telle sorte qu'elle tombe dans la limite de Roche du trou noir A, qu'arriverait-il au trou noir B?

S'il devait se transformer en anneau, la matière du trou noir se regonflerait-elle puisqu'elle ne serait pas sous une telle gravité? Les trous noirs répondent-ils même aux limites de Roche comme le fait la matière ordinaire?

black-hole roche-limit Sidney
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L'idée de la limite de Roche s'applique aux trous noirs si le corps secondaire n'est pas un trou noir. Par exemple, si un astéroïde s'approche de trop près d'un trou noir, il sera déchiré. La distance à laquelle cela se produit est liée au rayon d'un corps avec la masse du trou noir et la densité de l'astéroïde.
Keith Thompson

Réponses:

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La limite de Roche s'applique lorsqu'un corps plus petit qui serait maintenu par sa propre gravité propre se trouve dans le champ gravitationnel d'un autre, de sorte que les forces de marée de ce dernier sont plus fortes que la gravité propre de ce dernier, détruisant ainsi le plus petit corps.

Cependant, les forces de marée gravitationnelles d'un trou noir sont toujours finies, sauf à la singularité interne. C'est un problème car l'auto-gravité d'un trou noir, au sens de l'accélération dont une masse aurait besoin pour rester stationnaire à sa surface, est infinie 1 . Ainsi, il ne faut pas s'attendre à ce qu'un grand trou noir en détruise un autre par les forces de marée gravitationnelles.

Autrement dit, la limite de Roche se produit lorsque les particules du plus petit corps peuvent leur échapper ... mais elles ne peuvent pas s'échapper de l'horizon des événements d'un trou noir. Ainsi, les trous noirs orbiteront ou fusionneront, ce qui se produit dans les simulations numériques.

1 Il existe un concept distinct de la gravité de surface d'un trou noir qui est essentiellement redimensionné par le facteur de dilatation du temps gravitationnel, et donc maintenu fini.

Stan Liou
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C'est différent. Les trous noirs ne sont pas des objets, comme les planètes ou les étoiles. Ce sont plutôt de puissantes distorsions de l'espace-temps, maintenues par la concentration de masse / énergie qui s'y trouve (qui est elle-même maintenue là prisonnière par la distorsion de l'espace-temps - un cercle vicieux rompu seulement lentement par le rayonnement de Hawking). En tant que tels, ils ne peuvent pas être "déchirés", car il n'y a rien à déchirer là-bas - juste un enchevêtrement déformé géant de l'espace-temps.

Au lieu de cela, deux trous noirs pourraient fusionner s'ils se rapprochent suffisamment et perdent suffisamment de mouvement orbital mutuel.

fusion des trous noirs

Le résultat est un seul trou noir plus grand.

Florin Andrei
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(Oui, cela devrait être un commentaire. C'est trop grand, cependant.)

Pour adresser le commentaire de Sidney à la réponse d'Ed Shaya:

L'équation de Roche limite peut être exprimée comme

1,26×Rsecondaire×PrimaireSecondaire3

Puisque le rayon du secondaire est nul et zéro fois que quelque chose est nul, la limite de Roche est également nulle.

Quand vous pensez à ce que la limite Roche signifie vraiment, cela va de soi. La limite de Roche est le point où le primaire soulève une marée sur le secondaire qui est plus forte que sa propre gravité. Les marées sont basées sur le fait que si l'objet est à une certaine distance, il occupe vraiment de l'espace, les parties sont plus proches (qui subissent une traction plus importante) et les parties sont plus éloignées (qui subissent une traction moindre.) Il n'y a aucun point sur le trou noir c'est plus proche ou plus loin, donc il n'y a pas de marée, donc il ne sera pas déchiré même s'il n'avait pas de gravité propre.

Loren Pechtel
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Voici la notation utilisée. Pour une raison quelconque, les informations ne figurent pas dans le centre d'aide Astronomie.
HDE 226868
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Un trou noir est, par définition, une région entourée d'un horizon d'événements. Ainsi, il y a certainement des points sur le trou noir qui sont plus proches ou plus éloignés.
Stan Liou
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Mais il n'y a rien de particulier à l'horizon des événements. C'est juste le point auquel la lumière ne peut pas s'échapper. La question est au centre et la limite de Roche consiste à déchirer la question.
eshaya
@EdShaya l'argument dans cette réponse n'est pas dans le son général même si vous remplacez «trou noir» par «singularité»; Par exemple, les trous noirs rotatifs ont une singularité étendue spatialement qui n'est pas (spatialement) ponctuelle.
Stan Liou
Vrai. On pense que les trous noirs en rotation forment un anneau plutôt qu'un point. Mais, a) l'anneau est à l'intérieur de l'horizon des événements, de sorte que les observateurs externes ne voient jamais ce qui arrive à ces anneaux et b) la densité le long de l'anneau est infinie, il est donc difficile de la perturber. Maintenant, une question intéressante est ce qui se passe exactement lorsque deux anneaux de matière de densité infinie fusionnent? Comment cela se passe-t-il? C'est intéressant même si nous ne pouvons jamais vraiment le voir (et en faire rapport). Eh bien, à moins que Penrose (1969) ne se trompe sur la censure cosmique des singularités nues.
eshaya
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Parce que la densité de la matière au centre d'un trou noir est infinie (ou presque), le rayon de Roche est 0 (ou presque). Deux trous noirs en orbite tournent l'un vers l'autre car ils rayonnent des ondes de gravité et forment un horizon d'événement mutuel sans aucune perturbation de la matière en leur centre.

eshaya
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Est-ce simplement une propriété des trous noirs, ou cela implique-t-il qu'une limite de Roche pour un corps céleste est variable en fonction de l'attraction gravitationnelle du corps avec lequel il interagit? Ex: La limite de Roche du Soleil pour Jupiter serait différente de la limite de Roche du Soleil pour la Terre.
Sidney
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"La densité d'un trou noir est infinie" - ce n'est tout simplement pas vrai, ou du moins dépend de prendre des interprétations particulières des termes qui n'ont pas de pertinence claire ici.
Stan Liou
Une fois qu'un objet a été compressé dans son rayon de Schwarzschild, il continuera de s'effondrer jusqu'à devenir une singularité. La densité de la matière dans un trou noir dans GR est infinie, mais avec QM, elle peut avoir un rayon de sa longueur d'onde de Broglie environ. Ainsi, le trou noir, la région dans l'horizon des événements, n'est qu'un espace vide, à l'exception d'un objet presque ponctuel au centre.
eshaya
@EdShaya ce que vous venez de dire est vrai (sous des hypothèses raisonnables sur la matière, et sauf pour être nécessairement ponctuel), mais pas pertinent pour la question. Un trou noir est défini par la présence d'un horizon d'événements, qui à son tour dépend du comportement des particules d'essai dans la région. Ainsi, un trou noir serait détruit par la gravité d'un autre (sans fusionner) chaque fois que des particules d'essai pourraient y pénétrer à l'infini (c'est-à-dire qu'il n'y aurait plus d'horizon). Bien sûr, cela ne se produit pas, mais c'est ce que signifierait la destruction d'un trou noir. ...
Stan Liou
Une autre façon d'illustrer le point: si vous violez les conditions énergétiques pertinentes, vous pourriez avoir des trous noirs sans aucune singularité. Mais la réponse dans ce cas complètement hypothétique serait complètement la même: l'autre trou noir ne serait pas détruit parce que son horizon ne serait pas détruit. Ce qui se passe au fond n'a pas d'importance pour la question.
Stan Liou