題:
為什麼星系中間的黑洞不能吸收整個星系?
OiRc
2017-12-19 21:41:02 UTC
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正如一些資料來源所述,假設每個星系的中間都有一個黑洞。

我的問題是,為什麼星系中間的這些黑洞不吸把銀河系中的所有周圍物質都弄掉?

必填[xkcd](https://what-if.xkcd.com/58/)。
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請不要在評論空間中使用答案。
相似:https://astronomy.stackexchange.com/questions/21443/what-is-this-bright-glow-in-the-center-of-galaxies
最後我知道,這不應該是“在每個星系中,中間都有一個黑洞。”注意對“每個”的強調。應將“每個星系”編輯為“許多星系”
星系中的物質分佈得很遠。 SMBH不會有引力將其全部“吸住”。
@Raidri也相關(尤其是第三段):https://what-if.xkcd.com/129/
出於同樣的原因,太陽系中心的恆星不會吸收所有行星。
十一 答案:
Phiteros
2017-12-20 01:01:18 UTC
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您不應該將黑洞視為“在吸東西”。黑洞通過重力與物質相互作用,就像其他任何物體一樣。想想我們的太陽系。所有的行星都繞著太陽公轉,因為它的質量很大。由於行星有一定的橫向運動(它們沒有直接朝著太陽或遠離太陽移動),因此它們繞著太陽旋轉。這就是角動量守恆

在談論重力時,最重要的是所涉及物體的質量。到底是什麼類型*並不重要。如果您要用質量與我們的太陽質量相同的黑洞代替太陽,行星將繼續以與以前完全相同的軌道運行。星系確實會積累質量。其中一些黑洞周圍有吸積盤。這些是旋轉的氣體和灰塵盤,它們逐漸落入黑洞中。這些氣體和塵埃粒子通過與附近的氣體和塵埃相互作用以及通過輻射熱能而失去其角動量。這些黑洞中有一些具有非常大的吸積盤,並且會產生大量的電磁輻射。這些被稱為活躍銀河核

因此,長話短說,黑洞不會“吸引”。它們只是在萬有引力下與事物互動。星系中的恆星,氣體和其他物質具有角動量,因此它停留在圍繞銀河系中心的軌道上。它不僅會掉進去。這與地球繞太陽公轉的原因相同。

*免責聲明:當談論潮汐之類的東西時,您確實需要考慮物體的大小。但是對於軌道力學,我們無需擔心,因為物體之間的距離通常比物體本身大得多。

另外,如果太陽成為黑洞,並且如果它成功做到了這一點而又沒有損失質量,那麼地球和太陽系的其餘部分將繼續像往常一樣圍繞它旋轉。如果您真的靠近黑洞,您只會最終被“吸進”黑洞,這時的重力很大。但是,您必須非常接近。為了說明起見,需要將地球壓縮到約1厘米寬才能成為黑洞。在現實生活中,即使隧穿到地球的核心,由於質量在您之上,您也不會感到那種重力(請參閱殼定理)。
“其中一些星系具有非常大的吸積盤”,我認為您的意思是“其中一些*黑洞* ...”
@jpmc26的確如此,謝謝。
可能的古怪警告-在足夠長的時間內,隨著與星際介質的摩擦逐漸耗盡其角動量,繞銀河黑洞運行的各種物體最終會掉入其中。當然,星際介質的密度是如此之低,以至於“足夠長的時間尺度”可能是荒唐的,荒謬的(幾乎肯定比星系中任何物體的壽命更長)。
@aroth是的,我正在考慮添加一些腳註,內容涉及事物如何失去角動量,以及銀河系本身並不是圍繞黑洞運行,而是圍繞整個銀河系的質心。但是添加過多的細節會引起混亂。通常,我發現最好僅回答問題而不添加太多額外信息。如果他們想了解特定方面的更多信息,可以提出另一個問題。
非常感謝,現在我明白了。因此,如果一個物體離黑洞不太近,以至於最後一個物體施加了很強的引力,則什麼也不會發生。
我剛剛意識到,星系本質上只是中間超大質量黑洞的巨大吸積盤。
@OiRc基本上是正確的。黑洞不是宇宙真空吸塵器,它們只是一個真正巨大的天體,它以與其他任何方式相同的方式施加引力。直到您足夠接近以打破廣義相對論(即超越事件視界)之前,您都可以認為它們的作用與真正的大恒星相同(因為它們基本上就是恆星,所以恆星就死了)。
@JohnDvorak Bingo。反之亦然。行星/小行星只是它們各自恆星的吸積盤,衛星是行星的吸積盤...一切都從塵埃的大雲開始,慢慢地聚集成越來越大的物體。 (這有點簡化,但通常很準確。)
@JohnDvorak根本不一樣。黑洞+吸積盤系統在很大程度上受黑洞的引力驅動。儘管超大質量黑洞可能很大,但這只是整個銀河系範圍內的一小撮塵埃。這個星係是一個與吸積盤完全不同的系統-它通過自身的總引力保持在一起,而不是僅僅繞黑洞旋轉。
如果行星可以繞黑洞運行,那麼黑洞是否可以像我們的太陽一樣充當能源?如果是這樣,那麼這些行星可以居住嗎?
我認為這就是我們要去的地方“任何足夠細小的吸積盤都無法與繞行物體區分開”。大聲笑
@RahulRabhadiya是的,不是,但是實際上說的是,不,是。歸根結底,太陽是一種能源,因為它輻射的電磁輻射(光)非常大,而不是因為重力。黑洞從字面上定義為具有如此強的引力,以至於光無法逃逸,這意味著它們不會以相同的方式輻射光。那不是最大的問題:太陽的引力並不是為什麼它是一種好的能源,而黑洞的引力實際上使它成為一個“不好的”能源。
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“現在,大多數螺旋星系中心的黑洞確實聚集了質量”。那個質量*增長*不會改變周圍的軌道嗎?還是與黑洞的質量相比,這種增長微不足道?
可以補充一點:沒有*具有足夠的角動量的任何東西,即處於碰撞過程中的東西,早就倒下了。倖存的東西具有生存所必需的特性。宇宙和其他事物一樣,都遵循進化的基本原理。那些不可持續的事物往往會消失(這是重言式的,是基本的)。
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J-L
2017-12-22 01:53:38 UTC
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我曾經聽過日本的動畫片/電影/節目,其中太空海盜威脅要把木星行星壓縮到一個黑洞,從而摧毀銀河系的一半。

聽起來像是一個有趣的主意,但是...即使您可以將木星壓縮到一個黑洞中,它的質量也將保持不變,這意味著木星(現在是黑洞)仍將繼續在其相同軌道上繞太陽運動,並且木星的衛星仍將繼續

許多人認為,一旦一顆恆星坍塌成一個黑洞,它的“吸力”(引力)就會增加。這根本不是那麼回事。信不信由你,當它們閃耀著恆星時,許多星星變得比之前變黑了許多。這是因為,一些恆星在生命盡頭之前就將其外層的很大一部分掉入了太空,直到它們坍塌成黑洞。櫻桃的大小,它的密度是如此之大,以至於會變成黑洞。假設這是真的並且確實做到了,地球的黑洞每年仍將繼續繞太陽公轉一次,而地球的月球將繼續每29.5天繞地球公轉一次。 (現在,新的黑洞地球繞其軸的自旋可能會有所不同,但是繞太陽公轉所需的時間不會改變。)

令人驚訝的是,一旦地球被壓縮進入櫻桃大小的黑洞後,落入其中的空間碎片將比以前少(當時地球的大小相當於……好,地球)。這是因為新形成的黑洞地球將佔用更少的空間(體積),而小行星和彗星將更可能錯過櫻桃大小(或稍大於櫻桃大小)的體積,如果沒有錯過,將導致碎片被吸進黑洞。

如果碎片甚至將黑洞地球錯失一公里(這對我們來說似乎很遠,但從天文角度來看卻很小),它將朝著不同的方向拋棄,可能永遠不會

因此,基本上,人們對黑洞存在一個普遍的誤解,就是沒有比黑洞更引力的東西,而突然變成黑洞的恆星的引力又增加了,因此得到更多的“吸吮力”。這是不正確的。黑洞仍然具有與以前相同的質量(有時更少,取決於它們的形成方式),並且它們具有多少“吸力”仍然取決於它們由多少質量組成。

雖然宇宙中最大的恆星確實確實是黑洞(如果在那時甚至稱其為 stars ),則確實存在許多質量更大的恆星(並且因此,“吸吮力”比許多黑洞都要多。如果它的質量等於剛好不是黑洞形式的質量。

關於太空海盜用黑洞摧毀半個銀河系的另一個不准確之處是,木星引力場的任何變化都不會比光傳播得快,因此完成所有這些破壞要花費數万年的時間。
另外,難道不是要破壞銀河係與海盜襲擊通常目標相反的對立面嗎?
很清楚地提醒您常見的誤解。感謝您指出,黑洞不亞於一個引力物體。
ArtisticPhoenix
2017-12-25 10:08:17 UTC
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重力遵循平方反比定律。簡單地說,如果您到重力源的距離加倍,則四分之一就有效。因此,如果您距離地球的距離加倍,您會感到1 / 4g。重要的是要注意,隨著距離的增加,它將永遠不會為0,無論距離如何,它將始終為非零值。

因此,在銀河距離處,重力中心的黑洞具有效果不大。

這僅說明了部分內容。另一部分是角動量守恆。

重力和角動量是造成軌道的原因。在軌道力學中,您通過增加速度而不是高度來提升軌道。您增加的角動量會提升您的軌道。要降低軌道,請降低速度,這會降低角動量和高度。

因此,要使事物“掉入”黑洞,它們必須以與事件視線相交的速度行進。很少發生這種情況,否則這些“事物”就不會真正進入軌道。因此,構成銀河系的所有“物質”都繞著中心黑洞的事實,就意味著它不能掉入其中。

這3件事始終在一個穩定的軌道上保持平衡,重力,速度和高度(或距重力源的距離)。如果更改其中一個,則其他兩個也必須更改。如果降低速度,則海拔會下降,重力會增加。如果您增加重力,速度也必須增加,否則海拔會降低。那就是說,我認為最終銀河系中的所有事物都會落入中央黑洞,但這將花費數十億年。

當然,這過於簡化了事情,我絕不是這個東西的專家。但這是我能想到的東西,即動量和重力之間的平衡。

v

Steven Liszewski
2017-12-21 02:53:31 UTC
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您還必須考慮暗物質,它與銀盤中可見的所有“熱物質”在重力作用下相互作用。暗物質是通過仔細繪製星系中物體的軌道並發現可見物質不能解釋觀測到的軌道運動而發現的。暗物質的奧秘之一是,它沒有像熱物質那樣被拉入黑洞。暗物質具有平衡銀河系中心超大質量黑洞的引力的實際作用。

這取決於問題的分配方式。通常認為暗物質發生在銀河系的一個球體中。對於物質的球形分佈,您只需要關注軌道內部的部分即可;外面的東西不會影響你。因此,暗物質仍然具有將您吸引到內部的相同結果。
Sabyasachi Mukherjee
2017-12-25 22:32:59 UTC
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嗯,我不是物理系的學生,但是我認為人們通常出於某種原因來養育對黑洞“吸力”的誤解。

讓我們考慮牛頓的重力方程:

$ F = {Gm_im_j \ r_ {ij} ^ 2} $表示兩個物體i和j,以及$ r_ {ij} $是兩個物體的質心之間的距離。

現在,如果今天的太陽突然決定成為一個黑洞而又不失重,它就不會影響地球的軌道,因為即使太陽的體積大發生了變化,$ r_ {ij} $保持不變。

黑洞“吸”的原因是因為與行星和恆星相比,黑洞佔據的體積小得多,因此可以得到$ r_ {ij } $分量真的很小。

如果我錯了,請糾正我。

Toby Speight
2017-12-21 23:09:50 UTC
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對於具有大黑洞的星系,周圍物質位於黑洞周圍的軌道中,這與月球繞地球旋轉的方式相同。

問題直接類似於“ 為什麼月亮不掉到地上?”或“ 為什麼行星不掉到太陽上?”。黑洞比太陽大,但其作用是相同類型的。

那根本不是典型的情況。在絕大多數情況下,黑洞僅佔銀河系總質量的一小部分。當然有一些離群值,但這是例外。
可以說黑洞和其他物質都在軌道上比較公平。無論如何,重要的一點是,我們大多數人還是個孩子時就已經有了一個很好的類比。
對不起,這不是一個很好的類比。您所描述的實際上是無數百萬中的少數幾個案例。
user1157
2017-12-22 01:00:04 UTC
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您的問題的一個快速答案是事件範圍或Schwarzschild半徑。任何非常接近此半徑/水平的東西最終都會被黑洞吸住。

Len
2017-12-22 07:15:18 UTC
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簡單的答案是,銀河系中的所有其他物體都在以足夠快的速度向側面傾斜,以逃避被吸引。

這種現像是“軌道”。正如其他答案所指出的,這與地球沒有落入太陽或月亮落入地球的原因相同,也是國際空間站以每小時約17150英里的速度飛速前進的原因。它們都向側面運動,某個大物體的力正在將這種橫向運動轉變為圓周運動,如果運動不夠快,它們就會向那個大物體彎曲(“墜落”)並撞向它。

這就像您在字符串末尾旋轉水桶一樣。鏟斗向側面移動,但是繩子將其拉向您。由於弦的作用力,鏟斗不會從您身上飛走,因此會彎曲成一個圓。來自琴弦的力恰巧不足以向內折疊鏟斗並擊中您。

Tom
2017-12-22 18:31:55 UTC
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這是對黑洞的常見誤解:黑洞以某種方式“吸住”了周圍的所有東西或將東西拉入其中。實際上,您現在可以用質量相同的黑洞替換太陽,而不會立即發現任何差異。並不是像它突然開始在它周圍的行星中徘徊,那不是它的工作原理。

請不要(僅)重複其他答案中已經存在的內容
Dan
2017-12-25 22:39:37 UTC
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請耐心等待,除非銀河的膨脹率超過黑洞的引力增長,否則它會消耗周圍的物質。

在這種情況下,銀河最終將擴散,物質繼續擴散。離開黑洞,直到遇到另一個星系,這時它很有可能最終被吸進那個銀河系的黑洞中。什麼都無法永遠生存.. :-)

是什麼讓您認為星係正在擴展?當然,宇宙正在膨脹,但這只是在非常大的範圍內發生。單個星系甚至星系團都沒有擴展,因為它們的引力要強於該尺度的擴展。
Prof James Moffat
2017-12-21 22:44:16 UTC
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所有關於ENTROPY的信息都與黑洞事件視界的表面積成比例(有關莫非特/旺格的原因,啟發式量子論證,請參見下文,

假設Schwarzschild解給出事件視界的半徑為2Gm,其中黑洞質量為m,牛頓常數為G。因此,在黑洞中增加質量會增加其熵。給定一個孤立的具有有限總能量的系統,它具有一個有限的最大熵,該熵充當系統動力學的吸引者,從而限制了視界。

馮·諾伊曼(J von Neumann)定義了熵的量子形式如下所示:令f為作用在希爾伯特空間H上的可觀測量O(D)的局部代數的正態。然後,我們可以將該f表示為純態的凸和。對於一個有限能量的系統,這個總和是有限的,因為H是有限維的。馮·諾依曼的一個非交換等價物是一個密度算符,即投影到與這些純態相對應的最小向量空間上的加權總和。已知的當量;對於這種正常狀態f,馮·諾伊曼熵被定義為權重的熵。我們將其解釋為給定狀態下量子系統通過測量產生的信息量的(反向)度量。量子系統的熵越大,可以提取的信息越少。 黑洞的馮·諾依曼熵 外部觀察者無法對超出事件範圍的內部元素進行測量過程。因此,我們用每個面積k平方的元素劃分黑洞的事件視界,其中k是普朗克長度,並假設普朗克面積經典上對應於純矢量狀態的最小投影。令N為分區的有限總數。根據“沒有毛髮”的假設,事件範圍內沒有首選的位置,因此每個分區元素必須具有相同的權重。因此,該分區的馮·諾伊曼熵與S的黑洞表面積成正比。

儘管黑洞熵和貝肯斯坦邊界是一個重要且引人入勝的話題,但我看不到它與OP的問題特別相關。
這是https://www.researchgate.net/profile/Charles_Wang28/publication/313904636_Additional_Online_Material_For_%27Quantum_Ergodic_Theory_and_Diffeomorphism_Invariant_Quantum_States%27/data/58af52feaca2725b5411233c/additional-online-material-for-quantum-ergodic-theory.pdf的,沒有相關的copypasta OP的問題。
我改進了答案,以考慮到此類評論


該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
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