Mengapa Bumi dan bulan bergerak terpisah tetapi lubang hitam biner bergerak lebih dekat?

16

Menurut jawaban yang diterima pada Apakah bulan bergerak lebih jauh dari Bumi dan lebih dekat ke Matahari? Mengapa? , bulan surut dari Bumi karena gaya pasang surut dan gesekan menyebabkan energi menjadi hilang.

Namun, menurut situs web LIGO ,

Ketika dua massa berputar satu sama lain, jarak orbitnya berkurang

karena mereka kehilangan energi yang memancarkan gelombang gravitasi yang menginspirasi .

Mengapa benda-benda bergerak terpisah dalam kasing Bumi-bulan tetapi lebih dekat bersama dalam kasing hitam?

Jika kedua fenomena yang berlawanan hadir tetapi yang berbeda lebih kuat dalam dua kasus, apa yang menentukan nasib suatu sistem?

— Gnubie
sumber

Anda mungkin telah sedikit salah memahami jawaban untuk pertanyaan terkait. Jawabannya memberi tahu Anda bahwa gaya pasang surut dan gesekan mentransfer energi dari Bumi (dari momentum sudut dari rotasi terhadap porosnya) dan memberikannya ke Bulan (dalam bentuk momentum sudut orbital). Energi tidak hilang (hampir selalu). Itu baru saja dikonversi dan diangkut sekitar. Gelombang gravitasi mengeluarkan momen sudut orbital dari sistem biner, yang akan menyebabkan mereka bergerak ke orbit yang lebih ketat, meskipun masih masuk akal untuk bertanya mengapa konversi Bumi-Bulan yang sama tidak memberikan kompensasi / berlaku.

— zibadawa timmy

1

@zibadawatimmy harus menjadi jawaban

— Rob Jeffries

1

@RobJeffries Ada hal teknis dalam pikiran saya yang tidak dapat saya selesaikan yang membuat saya tidak ingin benar-benar mengklaim memiliki jawaban: dapatkah ada momentum rotasi yang cukup dari lubang hitam yang berputar, dan dapat dikonversi menjadi momentum sudut orbital (untuk lubang hitam lainnya), pada kecepatan yang cukup cepat untuk benar-benar melepaskan ikatan sistem (meskipun gelombang gravitasi)? Saya mendapatkan bahwa ada sejumlah momentum rotasi yang terbatas, jadi jika sistem tetap terikat akhirnya gelombang gravitasi menang dan inspirasi dimulai ... tetapi bisakah itu tidak terikat? Saya tidak tahu apakah itu pertanyaan yang mudah atau sulit.

— zibadawa timmy

1

Mengerti! Alasan bulan surut adalah bahwa ia berputar ke arah yang sama dengan yang Bumi putar, dan Bumi tidak terkunci secara terkunci ke bulan. Dalam sistem Neptunus-Triton, Triton memiliki orbit retrograde (unik di antara bulan-bulan besar) dan semakin dekat dengan Neptunus - dari universetoday.com/56042/triton

— Gnubie

14

Berikut adalah bagaimana pasang-surut memindahkan bulan dari Bumi:

Bulan mengorbit bumi, dan ada perbedaan gaya gravitasi antara sisi Bumi yang paling dekat dengan bulan, dan sisi yang jauh dari bulan.

Perbedaan kekuatan ini cenderung menarik Bumi ke bentuk oval dengan sumbu panjangnya menunjuk ke bulan.

Tetapi Bumi juga berputar, dan putaran ini menggerakkan poros oval ke depan, sehingga oval tidak mengarah ke bulan, tetapi sedikit di depannya. Jadi ada benjolan di Bumi, dan itu sedikit permanen di depan bulan. Benjolan ini memiliki massa dan menarik bulan ke arahnya, Jadi bulan ditarik ke depan. Bulan menarik Bumi kembali. Jadi putaran Bumi melambat, tetapi bulan mendapatkan energi dan bergerak sedikit lebih jauh dari Bumi.

Bulan juga telah melambat sejauh sisi yang sama selalu menghadap Bumi, dan akan tetap terkunci seperti ini.

Gelombang gravitasi, di sisi lain, menyiratkan emisi energi dari sistem biner, dan ketika energi hilang, lubang hitam itu berputar.

Tidak ada pasang di lubang hitam karena tidak ada yang bisa ditarik ke dalam bentuk oval. Cakrawala peristiwa bukan permukaan yang solid. Massa lubang hitam terkonsentrasi sepenuhnya pada singularitas, tidak ada struktur yang harus diubah menjadi benjolan.

— James K
sumber

ADA gelombang pasang di lubang hitam!

— Anixx

3

Lubang hitam dapat menghasilkan pasang surut pada benda lain (yang sangat kuat, merobek pasang surut jenis Anda) tetapi lubang hitam tidak masalah untuk terdistorsi secara rapi. Memiliki massa, tetapi tidak masalah.

— James K

11

Jawaban yang terlambat, tetapi tidak satu pun dari jawaban yang ada menjelaskan hal ini dengan benar.

Penjelasan yang tepat sederhana. Dalam mekanika Newton, pengaruh pasang surut membuat semua objek dalam orbit retrograde dan objek dalam orbit prograde di bawah setara dengan radius geosinkron spiral ke dalam. Hanya objek yang mengorbit prograde di atas yang setara dengan radius geosinkron spiral ke luar. Bulan kita mengorbit pada sekitar 385000 km, jauh di atas jari-jari geosinkron dari 42164 km. Phobos mengorbit Mars dengan sumbu semi-mayor 9377 km, jauh di bawah jari-jari areosynchronous 20400 km. Sementara Bulan kita berputar keluar dari Bumi, Phobos berputar ke dalam menuju Mars.

Benda-benda yang saling mengunci secara spiral baik ke dalam maupun ke luar dalam mekanika Newton. Relativitas umum sedikit mengubah dinamika ini, membuat benda yang saling terkunci secara spiral berputar ke dalam.

— David Hammen
sumber

7

Tingkat resesi Bulan dari Bumi diberikan 38,04 mm per tahun, karena kekuatan pasang surut, menurut Wikipedia. Deskripsi yang baik (dengan diagram) tentang bagaimana ini terjadi dapat ditemukan di sini .

\frac{d r}{d t} = - \frac{64}{5} \frac{G^{3}}{c^{5}} \frac{(m_{1} m_{2}) (m_{1} + m_{2})}{r^{3}}

$\frac{\mathrm{d}r}{\mathrm{d}t} = - \frac{64}{5}\, \frac{G^3}{c^5}\, \frac{(m_1m_2)(m_1+m_2)}{r^3}$

Ini bekerja sekitar 2nm per tahun, atau 7 kali lipat lebih kecil. Jadi, ya, baik resesi pasut dan peluruhan orbital melalui gelombang gravitasi diperkirakan akan terjadi, tetapi resesi pasut adalah efek yang jauh lebih besar.

— pengguna10789
sumber

Tapi bukankah ini bertentangan dengan fakta dari OP bahwa dua lubang hitam yang saling berotasi cenderung mendekat?

— Astroynamicist

Persis! Mengapa lubang hitam dan bintang-bintang neutron yang tidak menginspirasi juga menderita gaya pasang surut?

— Gnubie

Saya lebih suka jawaban ini karena membandingkan besarnya masing-masing efek daripada mencoba menjelaskan salah satunya. Dengan kata lain, semua pasangan yang mengorbit memiliki potensi untuk gaya pasang surut dan gelombang gravitasi, tetapi OP ingin tahu mengapa satu sistem dipengaruhi oleh satu efek di atas yang lain dan Anda melakukannya dengan cukup baik di sini.

— Kelly S. French

5

Jawaban lain tepat untuk menjelaskan mengapa kekuatan pasang surut memisahkan Bumi dan Bulan tetapi mereka tidak memisahkan sepasang lubang hitam. Namun, saya pikir itu juga perlu untuk menjelaskan mengapa fenomena membuat dua lubang hitam spiral ke dalam tidak membuat Bulan spiral ke dalam bumi.

Faktanya, setiap pasangan massa yang berotasi memancarkan gelombang gravitasi. Apa yang membuat perbedaan adalah bahwa hanya massa yang sangat besar yang berputar sangat dekat satu sama lain menghasilkan gelombang gravitasi yang cukup besar untuk secara signifikan mempengaruhi orbit massa tersebut.

Menurut https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_wave#Binaries waktu yang membutuhkan sepasang massa untuk saling jatuh karena gelombang gravitasi yang terpancar adalah:

t = \frac{5}{256} \frac{c^{5}}{G^{3}} \frac{r^{4}}{(m_{1} m_{2}) (m_{1} + m_{2})}

$t= \frac{5}{256}\, \frac{c^5}{G^3}\, \frac{r^4}{(m_1m_2)(m_1+m_2)}$

Mari kita pasang massa Bumi dan Bulan dan jaraknya ke persamaan itu (semua data diambil dari Wikipedia dalam satuan SI):

> G <- 6.674e-11
> r <- 384e6
> mluna <- 7.342e22
> c <- 299792458
> mterra <- 5.97237e24
> (t <- 5/256*c^5/G^3*r^4/(mterra*mluna)/(mterra+mluna))
[1] 1.304925e+33

Yaitu, dibiarkan sendiri, gelombang gravitasi yang memancar akan membuat Bulan menabrak Bumi dalam 1,3 * 10 ^ 33 detik, yaitu 4,13 * 10 ^ 25 tahun atau 3 * 10 ^ 15 kali usia alam semesta saat ini. Dengan kata lain, efek memancarkan gelombang gravitasi dalam gerakan Bumi dan Bulan sangat kecil - khususnya dibandingkan dengan kekuatan lain seperti yang pasang - yang kita tidak bisa benar-benar melupakannya.

Sebagai perbandingan, dua bintang neutron bermassa matahari yang saling mengorbit pada jarak yang sama Bumi dan Bulan akan saling jatuh dalam:

> msol <- 1.9885e30
> (t <- 5/256*c^5/G^3*r^4/(msol*msol)/(msol+msol))
[1] 2.19985e+14

Yang hanya sekitar 7 juta tahun, menunjukkan bahwa massa yang berubah memiliki efek besar pada hasilnya. Seperti yang dinyatakan di awal, gelombang gravitasi membuat pasangan objek berukuran bintang untuk berputar ke dalam tetapi mereka tidak memiliki efek nyata pada satelit yang mengorbit planet.

— Pere
sumber

2

Jawaban sempurna dengan bilangan real. Seandainya saya bisa menerima jawaban Anda jika Anda menjawab lebih awal!

— Gnubie

@Gnubie FAQ Meta ini mengatakan bahwa "Anda dapat mengubah jawaban mana yang diterima, atau hanya membatalkan jawaban, kapan saja." :-)

— Chappo Mengatakan SE Dudded Monica

1

Terima kasih, atas penghargaan Anda, tetapi saya pikir pertanyaan ini sebenarnya terbuat dari dua pertanyaan. Jawaban lain benar dalam menjawab salah satunya. Milik saya menjawab yang lain. Karena itu, jawaban yang diterima tidak salah. Itu hanya setengah dari jawaban dan milikku adalah setengahnya.

— Pere