Mengapa Lubang Hitam di tengah galaksi tidak menyedot seluruh galaksi?

Seperti yang dinyatakan dalam beberapa sumber, seharusnya di setiap galaksi ada lubang hitam di tengahnya.

Pertanyaan saya adalah, mengapa lubang hitam di tengah galaksi ini tidak menyedot semua materi di galaksi?

Anda seharusnya tidak menganggap lubang hitam sebagai "mengisap barang". Lubang hitam berinteraksi dengan materi melalui gravitasi, sama seperti objek lainnya. Pikirkan Tata Surya kita. Semua planet mengorbit mengelilingi matahari karena memiliki banyak massa. Karena planet-planet memiliki gerakan lateral (mereka tidak bergerak langsung ke arah atau menjauhi matahari), mereka mengitarinya. Ini dikenal sebagai konservasi momentum sudut .

Ketika berbicara tentang gravitasi, yang terpenting adalah massa benda yang terlibat. Tidak masalah objek apa itu *. Jika Anda mengganti matahari dengan lubang hitam yang memiliki massa yang sama dengan matahari kita, planet-planet akan melanjutkan orbit yang sama persis seperti sebelumnya.

Sekarang, lubang hitam di pusat sebagian besar galaksi spiral mengakumulasi massa. Beberapa lubang hitam ini memiliki disk akresi di sekitar mereka. Ini adalah cakram gas dan debu yang berputar-putar yang perlahan-lahan jatuh ke lubang hitam. Partikel gas dan debu ini kehilangan momentum sudutnya melalui interaksi dengan gas dan debu di sekitarnya dan dengan memancarkan energi sebagai panas. Beberapa lubang hitam ini memiliki piringan akresi yang sangat besar, dan dapat menghasilkan radiasi elektromagnetik dalam jumlah besar. Ini dikenal sebagai inti galaksi aktif .

Singkatnya, lubang hitam tidak "menyedot". Mereka hanya berinteraksi dengan berbagai hal secara gravitasi. Bintang, gas, dan materi lainnya di galaksi memiliki momentum sudut, sehingga ia tetap berada di orbit di sekitar pusat galaksi. Itu tidak hanya jatuh langsung. Ini adalah alasan yang sama Bumi mengorbit di sekitar Matahari.

* Penafian: Ketika Anda berbicara tentang hal-hal seperti kekuatan pasang surut, Anda perlu mempertimbangkan ukuran objek. Tetapi untuk mekanika orbital, kita tidak perlu khawatir karena jarak antar objek umumnya jauh lebih besar daripada objek itu sendiri.

Saya pernah mendengar kartun Jepang / film / pertunjukan di mana bajak laut mengancam untuk menekan planet Jupiter menjadi lubang hitam dan dengan demikian menghancurkan setengah galaksi Bima Sakti.

Kedengarannya seperti ide yang menarik, tetapi ... bahkan jika Anda dapat menekan Jupiter menjadi lubang hitam, massanya akan tetap sama, artinya Jupiter (sekarang lubang hitam) masih akan terus bergerak mengelilingi matahari kita di orbitnya yang sama , dan bulan-bulan Jupiter masih akan terus mengorbit Jupiter seperti sebelumnya.

Banyak orang berpikir bahwa sekali bintang runtuh ke dalam lubang hitam, "kekuatan mengisap" nya (gaya gravitasinya) meningkat. Ini bukan masalahnya. Percaya atau tidak, banyak bintang yang kurang masif setelah mereka berubah menjadi lubang hitam daripada sebelumnya , ketika mereka bersinar bintang. Ini karena, pada akhir kehidupan mereka, beberapa bintang menumpahkan sebagian besar lapisan luarnya ke ruang angkasa tepat sebelum mereka runtuh ke dalam lubang hitam.

Saya pernah membaca bahwa jika Anda mengompres bumi ke ukuran buah ceri, kepadatannya akan sangat besar sehingga akan berubah menjadi lubang hitam. Dengan asumsi itu benar dan benar-benar dilakukan, lubang hitam Bumi masih akan terus mengorbit matahari setiap tahun, dan bulan Bumi akan terus mengorbit Bumi sekitar sekali setiap 29,5 hari. (Sekarang, putaran bumi-lubang-hitam baru tentang porosnya mungkin akan berbeda, tetapi waktu yang dibutuhkan untuk mengorbit matahari tidak akan berubah.)

Anehnya, begitu Bumi dimampatkan menjadi lubang hitam seukuran ceri, lebih sedikit puing ruang yang akan jatuh ke dalamnya daripada sebelumnya (ketika Bumi seukuran ... yah, Bumi). Ini karena Bumi-lubang-hitam yang baru terbentuk akan mengambil lebih sedikit ruang (volume) dan asteroid dan komet akan lebih mungkin untuk kehilangan volume seukuran ceri (atau sedikit lebih besar dari ukuran ceri) yang, jika tidak terjawab, akan menyebabkan puing-puing itu terhisap ke dalam lubang hitam.

Jika puing-puing itu melewatkan Bumi lubang hitam bahkan satu kilometer (yang mungkin tampak seperti jarak yang jauh bagi kita, tetapi sangat kecil dalam hal astronomi), itu akan terlempar ke arah yang berbeda, mungkin tidak akan pernah kembali.

Jadi, pada dasarnya, kesalahpahaman umum tentang lubang hitam adalah bahwa tidak ada yang memiliki gravitasi lebih dari lubang hitam, dan bahwa bintang-bintang yang membentuk lubang hitam tiba-tiba telah meningkatkan gravitasi dan karenanya mendapatkan lebih banyak "kekuatan mengisap". Ini tidak benar. Lubang hitam masih memiliki massa yang sama dengan sebelumnya (kadang-kadang kurang, tergantung pada bagaimana mereka dibentuk), dan seberapa banyak "kekuatan mengisap" yang mereka miliki masih tergantung pada berapa banyak massa mereka dibuat.

Meskipun mungkin benar bahwa bintang-bintang paling masif di alam semesta memang lubang hitam (jika Anda bahkan menyebutnya bintang pada saat itu), ada banyak bintang yang lebih masif (dan karena itu memiliki lebih banyak "kekuatan mengisap") daripada banyak lubang hitam.

Jadi fakta bahwa pusat galaksi kita mungkin berisi lubang hitam super-masif tidak berarti bahwa lubang hitam akan menyedot lebih banyak masalah daripada jika jumlah massa yang sama yang kebetulan tidak berada dalam bentuk lubang hitam.

Gravitasi mengikuti hukum kuadrat terbalik. Sederhananya jika Anda menggandakan jarak dari sumber gravitasi Anda kuartal efek. Jadi, jika Anda menggandakan jarak Anda dari bumi Anda merasa 1 / 4g. Penting untuk dicatat bahwa ketika jarak bertambah, maka tidak akan pernah menjadi 0, akan selalu ada nilai yang tidak nol, tidak peduli jaraknya.

Jadi pada jarak galaksi, gaya gravitasi lubang hitam pusat memiliki efek yang sangat kecil.

Ini hanya menjelaskan sebagian saja. Bagian lainnya adalah konservasi momentum sudut.

Gaya gravitasi dan momentum sudut adalah yang bertanggung jawab atas orbit. Dalam mekanika orbital, Anda menaikkan orbit dengan menambahkan kecepatan, bukan ketinggian. Menambahkan momentum sudut yang meningkatkan orbit Anda. Untuk menurunkan orbit, Anda mengurangi kecepatan yang mengurangi momentum sudut dan ketinggian Anda.

Jadi untuk hal-hal yang "jatuh" ke dalam lubang hitam mereka harus melintasi dengan kecepatan di mana orbitnya memotong horizon peristiwa. Ini jarang terjadi atau "hal-hal" tidak akan benar-benar berada di orbit untuk memulai. Jadi fakta bahwa semua "benda" yang membentuk galaksi mengorbit lubang hitam pusat berarti benda itu tidak dapat jatuh ke dalamnya.

Ketiga hal ini selalu seimbang dalam orbit yang stabil, gaya gravitasi, kecepatan dan ketinggian (atau jarak dari sumber gravitasi). Jika Anda mengubah salah satunya, 2 lainnya juga harus berubah. Jika Anda menurunkan kecepatan, ketinggian Anda turun, dan gravitasi meningkat. Jika Anda meningkatkan gravitasi, kecepatan juga harus meningkat atau ketinggian akan berkurang.

Jadi Anda melihat banyak hal tidak bisa jatuh begitu saja ke dalam lubang hitam. Yang mengatakan itu adalah pandangan saya bahwa pada akhirnya segala sesuatu di galaksi akan jatuh ke dalam lubang hitam pusat, namun ini akan membutuhkan miliaran tahun.

Tentu saja ini terlalu menyederhanakan hal-hal, dan saya sama sekali tidak ahli dalam hal ini. Tapi itu sesuatu yang bisa saya bayangkan dalam pikiran saya, keseimbangan antara momentum dan gravitasi.

v

Anda juga harus memperhitungkan materi gelap yang berinteraksi secara gravitasi dengan semua "materi panas" yang dapat dilihat di cakram galaksi. Materi gelap ditemukan dengan secara hati-hati memetakan orbit objek dalam galaksi dan menemukan bahwa materi yang dapat dilihat tidak dapat menjelaskan gerakan orbital yang diamati. Salah satu misteri materi gelap adalah bahwa ia tidak ditarik ke dalam lubang hitam seperti halnya materi panas. Materi gelap memiliki efek praktis menyeimbangkan beberapa tarikan gravitasi lubang hitam supermasif di pusat galaksi.

Yah, saya bukan mahasiswa fisika, tapi saya pikir orang biasanya memelihara kesalahpahaman tentang "kekuatan mengisap" dari lubang hitam karena suatu alasan.

Mari kita perhatikan persamaan Newton untuk gravitasi:

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

$r_{ij}$

$r_{ij}$

Koreksi saya jika saya salah.

Untuk galaksi dengan lubang hitam besar, materi di sekitarnya berada di orbit di sekitar lubang hitam, seperti halnya bulan mengorbit bumi.

Pertanyaannya adalah analogi langsung dengan " Mengapa Bulan tidak jatuh ke tanah? " Atau " Mengapa planet-planet tidak jatuh ke matahari? ". Lubang hitam lebih masif daripada Matahari, tetapi efeknya dari jenis yang sama.

Satu jawaban cepat untuk pertanyaan Anda adalah horizon acara atau radius Schwarzschild. Apa pun yang cukup dekat dengan jari-jari / cakrawala ini pada akhirnya akan tersedot oleh lubang hitam.

Ini adalah kesalahpahaman umum tentang lubang hitam: bahwa mereka entah bagaimana 'menyedot' segala sesuatu di sekitar mereka atau menarik sesuatu ke dalamnya. Pada kenyataannya Anda bisa mengganti Matahari sekarang dengan lubang hitam dengan massa yang sama dan tidak melihat perbedaan langsung. Ini tidak seperti itu akan tiba-tiba mulai melayang-layang di planet-planet di sekitarnya, itu bukan cara kerjanya.

Bersabarlah, pada akhirnya ia akan kecuali laju ekspansi galaksi melebihi pertumbuhan gravitasi lubang hitam saat ia mengkonsumsi materi di sekitarnya.

Dalam skenario itu, galaksi pada akhirnya akan berdifusi, dengan materi yang terus bergerak menjauh dari lubang hitam sampai bertemu galaksi lain, di mana pada titik itu ada peluang bagus untuk akhirnya tersedot ke dalam lubang hitam galaksi itu. Tidak ada yang bertahan selamanya .. :-)

Jawaban sederhananya adalah bahwa segala sesuatu yang ada di galaksi bergerak menyamping dengan cukup cepat untuk menghindari tersedot. Alih-alih, gaya menghisap (jika Anda suka) menyebabkan jalur bintang-bintang ditarik ke dalam lingkaran di sekitar lubang hitam.

Fenomena ini adalah "orbit". Seperti jawaban lain menunjukkan, itu adalah alasan yang sama Bumi tidak jatuh ke Matahari, atau Bulan jatuh ke Bumi, dan mengapa Stasiun Luar Angkasa Internasional meluncur dengan kecepatan sekitar 17.150 mil per jam. Mereka semua bergerak menyamping, kekuatan beberapa benda besar mengubah gerakan menyamping itu menjadi gerakan memutar, dan jika mereka tidak bergerak cukup cepat maka mereka akan melengkung ("jatuh") ke arah benda besar itu dan menabraknya.

Ini seperti jika Anda memutar ember di ujung tali. Ember bergerak ke samping, tetapi tali menariknya ke arah Anda. Ember tidak terbang menjauh dari Anda karena kekuatan dari tali, sehingga melengkung dalam lingkaran. Kekuatan dari string tidak cukup untuk merobohkan ember ke dalam dan mengenai Anda.

ini semua tentang ENTROPY yang sebanding dengan luas permukaan horizon peristiwa lubang hitam (lihat di bawah ini untuk argumen kuantum heuristik karena Moffat / Wang mengapa ini terjadi).

Dengan asumsi solusi Schwarzschild memberikan jari-jari 2Gm untuk horizon peristiwa dengan m massa lubang hitam dan konstanta G Newton. Menambahkan massa ke lubang hitam dengan demikian meningkatkan entropinya. Diberikan sistem terisolasi dari total energi hingga, ia memiliki entropi maksimum hingga yang bertindak sebagai penarik bagi dinamika sistem, menempatkan batas di cakrawala.

J von Neumann mendefinisikan versi kuantum entropi sebagai berikut: Misalkan f adalah keadaan normal dari aljabar lokal yang dapat diamati O (D) yang bekerja pada ruang Hilbert H. Kemudian kita dapat menulis f ini sebagai jumlah cembung dari keadaan murni. Untuk sistem energi hingga, jumlah ini adalah terbatas karena H kemudian menjadi dimensi non-komutatif Von Neumann yang setara dari sebuah partisi adalah operator kepadatan yaitu jumlah tertimbang dari proyeksi ke ruang vektor minimal yang sesuai dengan keadaan murni ini. Kemudian kita memiliki kesetaraan terkenal;
Untuk keadaan normal f, entropi von Neumann didefinisikan sebagai entropi bobot. Kami menafsirkannya sebagai ukuran (terbalik) dari jumlah informasi yang akan dihasilkan oleh sistem kuantum dalam keadaan tertentu melalui pengukuran. Semakin besar entropi sistem kuantum, semakin sedikit informasi yang dapat diekstraksi. Entropi von Neumann dari Lubang Hitam Proses pengukuran tidak dapat dilakukan oleh pengamat eksternal terhadap elemen-elemen di dalam interior, di luar horizon peristiwa. Kami dengan demikian mempartisi horizon peristiwa lubang hitam dengan elemen masing-masing area k kuadrat, di mana k adalah panjang Planck dan menganggap area Planck sesuai secara klasik dengan proyeksi minimal dari keadaan vektor murni. Biarkan N menjadi jumlah total partisi hingga. Dengan hipotesis 'tidak ada rambut' tidak ada lokasi yang disukai pada horizon peristiwa, sehingga setiap elemen partisi harus memiliki bobot yang sama. Entropi von Neumann dari partisi ini proporsional dengan S area permukaan black hole.