Apa yang akan terjadi pada bentuk galaksi ketika sebuah lubang hitam super masif yang terletak di tengahnya mati (menguap keluar)?

11

Apa yang ada di Pusat Bimasakti? Dalam artikel ini dikatakan bahwa lubang hitam supermasif terletak di pusat galaksi bima sakti.

Di pusatnya, dikelilingi oleh 200-400 miliar bintang dan tidak terdeteksi oleh mata manusia dan dengan pengukuran langsung, terletak lubang hitam supermasif yang disebut Sagitarius A *, atau Sgr A * singkatnya. Bimasakti memiliki bentuk spiral dan berputar di sekitar pusatnya, dengan lengan melengkung yang panjang mengelilingi cakram yang sedikit menonjol. Salah satu dari kedua lengan ini dekat dengan pusat tempat matahari dan Bumi berada. Para ilmuwan memperkirakan bahwa pusat galaksi dan Sgr A * berjarak sekitar 25.000 hingga 28.000 tahun cahaya dari kita. Seluruh galaksi sekitar 100.000 tahun cahaya.

Kami berputar di sekitar pusat setiap 250 juta tahun. Mungkin kami memutar karena BH.

Ketika lubang hitam mati di galaksi kita, akankah kita terlempar keluar dari orbit yang berputar?

Bentuk galaksi diperkirakan akan berubah kan? Bentuknya tidak beraturan, tidak bulat?

black-hole galaxy milky-way supermassive-black-hole Paran Bharali
sumber
13
Penguapan black hole sangat lambat sehingga selama ada sedikit gas di sekitarnya infall akan melebihi penguapan dan massa akan meningkat.
Ross Millikan
Dan BH akan terus menyerap CMB dan radiasi bintang, semakin menambah massa mereka bahkan jika mereka telah membersihkan lingkungan mereka dari gas dan debu.
Chappo Belum Lupa Monica
2
Pertanyaan ini hampir sama: physics.stackexchange.com/questions/98186/…
Steve Jessop
2
@Akumulasi: Saya setuju tapi sepertinya OP sedang memikirkan tentang lubang hitam yang menguap sementara ada bintang dan galaksi normal di sekitarnya. Maksud saya adalah bahwa lubang hitam tidak akan menguap sampai lama setelah daerah itu kehilangan bahan untuk memberinya makan.
Ross Millikan
2
@Akumulasi Bahkan hanya radiasi dari mana saja (CMB, galaksi lain) cukup kuat untuk melebihi kerugiannya melalui radiasi Hawking. Ingat, lubang hitam itu cantik, well, hitam. Itu adalah bayangan di depan CMB (apa yang kita lihat dalam flare sinar X dll. Com dari lingkungannya, bukan lubang yang tepat).
Peter - Reinstate Monica

Jawaban:

26

Agaknya kita memutar karena BH.

Tidak. Galaksi ditahan dalam keadaan utuh karena gravitasi totalnya sendiri. Lubang hitam hanya sebagian kecil dari itu. Pada dasarnya, BH tidak masalah.

Saat lubang hitam mati di galaksi kita

BH mungkin akan menjadi hal terakhir yang tersisa dari galaksi kita di akhir. Dan bahkan kemudian itu akan memakan waktu yang sangat lama untuk menguap. Penguapan BH untuk BH yang sangat besar pada dasarnya adalah proses paling lambat yang bisa Anda bayangkan.

Ini akan menjadi beberapa bentuk tidak teratur tidak berbentuk bola?

Galaksi itu tidak berbentuk bola. Bentuknya agak lebih seperti disk bundar (dengan beberapa penyimpangan dan beberapa fitur seperti lengan, dll).

Florin Andrei
sumber
2
"Penguapan BH untuk BH yang sangat besar pada dasarnya adalah proses paling lambat yang bisa Anda bayangkan." Beberapa faktor bahkan lebih lambat daripada laju peluruhan proton (yang diperkirakan)!
curiousdannii
22

Jawab: Tidak banyak

Lubang hitam pusat (Bima Sakti) Bima Sakti massa sekitar 5 juta matahari, sedangkan galaksi massa 100 miliar hingga satu triliun matahari. Akibatnya, BH pusat cukup banyak tidak relevan dengan dinamika orbit bintang kecuali sangat dekat dengan pusat.

Tapi apa yang Anda maksud dengan "lubang hitam mati"? Apakah maksud Anda menguap melalui radiasi Hawking? (Itulah satu-satunya proses yang kita tahu yang bisa menghilangkan BH, dan sangat lambat bahwa galaksi akan lama menghilang sebelum lubang hitam pusat menguap.)

Mark Olson
sumber
8
Jangan lupa bahwa radiasi Hawking masih teori. Tidak ada yang benar-benar melihatnya. IMHO ada baiknya membaca 1975 penciptaan partikel kertas Hawking dengan lubang hitam .
John Duffield
1
@ John Duffield: Itu terlihat menarik. Perhatikan, bagaimanapun, bahwa dia mengkritik interpretasi termodinamika dari BH, sedangkan radiasi Hawking muncul dari penerapan teori medan kuantum dalam konteks GR. Jika saya memahami hal-hal dengan benar, pada prinsipnya, radiasi Hawking sebenarnya tidak membutuhkan BH, meskipun sulit membayangkan itu diamati di tempat lain. Radiasi Hawking diambil sebagai dukungan untuk interpretasi termodinamika / analogi / metafora / apa pun dan bukan konsekuensi dari itu.
Mark Olson
2
Orang-orang mengklaim mereka memilikinya, tetapi ketika Anda melihat mengatakan nature.com/articles/nphys3863 Anda menemukan itu analogi air terjun, yang salah. Einstein menolak koordinat Gulstrand-Painlevé karena alasan yang baik - kita tidak hidup di dunia Chicken Little di mana ruang jatuh.
John Duffield
1
Perhatikan bahwa makalah yang mengklaim teori radiasi Hawking cacat tidak dipublikasikan atau dikutip oleh siapa pun. Sebenarnya, penulis tidak memiliki publikasi, tetapi memiliki makalah lain di arXiv dimulai dengan " Alam semesta kita mungkin adalah lubang hitam besar ". Bendera merah!
pela
2
@JohnDuffield Tolong katakan "hipotesis" alih-alih "teori" ketika didahului dengan "Just a _ _"
wedstrom
13

Sama sekali tidak ada yang tersisa.

Waktu untuk lubang hitam bintang untuk menguap dikatakan melebihi paruh proton. Apalagi lubang hitam galaksi. Dan omong-omong, saat ini sedang meningkat karena bahkan lubang hitam bintang saat ini tumbuh dari radiasi latar kosmik saja.

Alam semesta harus melewati fase antara lubang hitam dan ruang kosong sebelum ini terjadi.

Joshua
sumber
6
Poin tentang infall CMB sangat penting, saya pikir. Alam semesta pasti sudah cukup tua sehingga latar belakangnya lebih dingin daripada radiasi Hawking dari lubang hitam, dan kita harus mempertimbangkan seperti apa galaksi itu saat itu. Lebih jauh lagi, galaksi itu harus cukup gelap sehingga bagian yang mengelilingi lubang hitam itu lebih dingin dari radiasi Hawking, yang memberi tahu Anda seperti apa bentuknya. Kemudian lubang hitam mulai menguap. Itu hanya termodinamika, dan lubang hitam yang ukurannya sangat dingin.
Steve Jessop
Saya pikir karena radiasi Hawking sangat kecil, lubang hitam akan tumbuh karena fluks radiasi bersih ke dalam selama ada sumber radiasi di sekitar, bahkan jika kita mengabaikan CMB. Sekarang jika kita asumsikan untuk bersenang-senang bahwa alam semesta menjadi cukup tua sehingga hanya lubang hitam yang tersisa, dan jika kita berasumsi bahwa beberapa masih dalam cakrawala peristiwa satu sama lain, akankah mereka pada suatu titik tidak berada dalam kesetimbangan termodinamika, yaitu pertukaran sama jumlah radiasi satu sama lain?
Peter - Reinstate Monica
Jika proton meluruh, itu - yang kita tahu adalah jika proton meluruh, waktu paruh pasti panjang. Dan tentu saja, dengan asumsi tidak ada proses lain yang pada akhirnya akan "menghancurkan" segalanya kecuali lubang hitam.
Luaan
1
@ PeterA.Schneider Jangan lupa alam semesta mengembang. Bahkan jika lubang hitam kebetulan berada di kesetimbangan termal pada titik itu, ekspansi berubah itu. Dalam kasus ekstrem, pada akhirnya (jika ruangwaktu terus berkembang setidaknya pada tingkat sekarang), setiap lubang hitam yang tidak terikat secara gravitasi ke lubang hitam lain akan sendirian di alam semesta yang dapat diamati.
Luaan
@Luaan Benar. Kelompok lokal kami terikat secara gravitasi sehingga Sagitarius A * tidak akan sendirian sampai semua lubang hitam telah jatuh ke yang terakhir tersisa. Penelitian yang lebih baru menunjukkan bahwa Sagitarius A * sendiri sudah memiliki penumbra ribuan lubang hitam.
Peter - Pasang kembali Monica
2

Untuk menjawab ini, mari kita lihat beberapa miliar / triliun / kuadriliun / berikutnya? tahun, dan merasakan ukuran galaksi kita dan lubang hitam pusatnya.

Hal pertama yang terjadi terkait dengan pertanyaan Anda, adalah galaksi dan Andromeda kami bertabrakan dan bergabung. Ini terjadi dalam miliaran tahun. Ketika galaksi bergabung, galaksi gabungan ada, tetapi mungkin memiliki bentuk yang berbeda, menggabungkan lubang hitam pusat, dan bintang-bintang (atau dalam beberapa kasus bahkan satu atau kedua lubang hitam) dapat terlempar keluar dari galaksi gabungan. Tetapi galaksi akan bertahan, dalam beberapa bentuk atau lainnya.

Itu karena sebuah galaksi tidak disatukan oleh lubang hitam pusatnya.

Rasa skala: massa

Di galaksi kita, BH pusat memiliki massa sekitar 4 -4,5 juta matahari .

Bagian yang lebih besar adalah bintang-bintang, gas, dan materi baryonik biasa lainnya (sekitar ratusan miliar bintang, meskipun banyak yang merupakan katai merah dan lebih kecil dari matahari kita). Benda biasa diperkirakan sekitar 600 miliar matahari , atau sekitar 150.000 kali massa lubang hitam pusat.

Tetapi bagian terbesar adalah materi gelap. Dijelaskan secara sederhana, bahkan dengan mempertimbangkan semua massa di atas, galaksi masih tidak akan cukup besar untuk berputar seperti itu. Perhitungan menunjukkan bahwa sekitar 85% dari semua materi di galaksi kita adalah "materi gelap" - jenis materi yang tidak terbuat dari atom biasa, tetapi diduga terbuat dari partikel yang tidak dapat berinteraksi banyak kecuali melalui gravitasi (jadi kita tidak dapat mendeteksinya melalui radiasi, itu tidak membentuk planet, bintang atau lubang hitam, dll). Materi gelap adalah sekitar 3,5 triliun matahari , atau sekitar 850.000 kali massa BH pusat.

Jadi total massa (materi biasa + gelap) adalah sekitar 4 triliun matahari atau sekitar satu juta kali massa lubang hitam pusat .

Rasa skala: diameter

Mempertimbangkan ukuran daripada massa, BH pusat mungkin ukuran orbit Uranus ( diameter sekitar 12 jam cahaya ).

Galaksi yang terlihat berdiameter sekitar 100.000 tahun cahaya , atau sekitar 70 juta kali ukuran BH.

Tingkat halo materi gelap kurang pasti (dan memiliki kurang dari tepi yang ditentukan), tetapi tergantung pada penelitian mana yang benar, dapat memperpanjang antara 500.000 dan 1 juta tahun cahaya diameter , atau sesuatu di sepanjang garis itu (dari memori), atau sedikit di bawah setengah miliar kali ukuran BH.

Ringkasan

BH pusat mengandung sekitar satu juta (0,0001%) dari massa galaksi, dan sekitar 2 milyar (0,0000002%) dari diameternya.

Jadi lubang hitam pusat sebenarnya, dan anehnya, hampir tidak signifikan dalam hal struktur galaksi kita saat ini. Mungkin penting untuk pembentukan galaksi, tapi itu sudah lama sekali. Ini bukan alasan saat ini kami memutar, dan itu bukan alasan kami tetap berada di orbit galaksi. Jika lenyap atau dikeluarkan besok, tidak ada yang akan berubah kecuali sedikit bintang di pusat galaksi yang secara langsung mengorbit BH. Kami tidak berada di dekat sana. Kami berada di lengan spiral.

Intinya adalah, jika BH pusat menghilang atau meninggalkan galaksi kita, kita dan keturunan kita tidak akan pernah menyadarinya, kecuali perubahan emisi sinar-X dari wilayah itu (seperti yang dideteksi oleh teleskop radio), dan beberapa sangat redup bintang di wilayah itu bergerak sedikit berbeda selama ribuan tahun. Itu saja.

Tetapi seperti yang dijelaskan oleh jawaban lain, lubang hitam membutuhkan waktu yang sangat lama untuk menguap, sehingga dalam kenyataannya, dua hal akan terjadi:

  • Pada skala waktu miliaran hingga triliunan tahun Pada titik tertentu galaksi Bima Sakti / Andromeda (atau galaksi penerus) akan menyimpan, menggabungkan, atau mengeluarkan BH pusatnya. Peristiwa ini tidak akan menjadi 'akhir' dari galaksi atau bintang-bintang di dalamnya, meskipun galaksi gabungan mungkin tidak akan berbentuk spiral; galaksi gabungan adalah hal biasa. Galaksi gabungan akan menetap dan segalanya akan berlanjut.

  • Pada skala waktu di luar pemahaman manusia (segi empat demi empat tahun) Jika alam semesta kita masih ada dalam strukturnya saat ini dan model standar dan kosmologi standar hampir tepat, BH pusat akhirnya akan menguap. Tetapi galaksi (dan semua galaksi, dan sebagian besar materi) akan membusuk lama, lama, jauh sebelum itu bisa terjadi.

Stilez
sumber
Detail: Materi baryonic dari galaksi adalah ~ 150.000 kali massa Sagitarius A *, bukan 100.000.000. Bukan berarti itu banyak berubah ;-).
Peter - Pasang kembali Monica
2
Sumber yang saya temukan adalah bahwa massa biasa sekitar 6 x 10 ^ 11 massa matahari dan Sagitarius A * sekitar 4 hingga 5 juta massa matahari. 6x10 ^ 11 / 4x10 ^ 6 = 1.5x10 ^ 5 ..... dan ternyata saya tidak bisa melakukan aritmatika mental dasar. Diperbaiki, terima kasih!
Stilez
2

Lubang hitam makroskopis tidak dapat menyusut selama sumber radiasi (seperti galaksi lain) terlihat. Radiasi Hawking sangat lemah; lubang hitam disebut hitam karena suatu alasan. Sebenarnya radiasi Hawking sudah lebih besar dari radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik saja untuk lubang hitam lebih berat dari bulan. Ini hanya fungsi suhu: Latar belakang alam semesta memiliki suhu 2,72 K - untuk memancarkan lebih banyak radiasi daripada menyerap, lubang hitam harus lebih panas, yang membutuhkan massa lebih kecil daripada bulan . Lubang hitam massa surya memiliki suhu rendah dalam urutan 6E-8 K besarnya. Itu berarti bahwa bahkan jika tidak ada masalah apa pun, ia dapat menyerap dan tidak ada sumber radiasi spesifik, lubang hitam besar masih akan tumbuh, bukan menyusut.

Dalam kasus Sagitarius A * ada banyak materi dan radiasi di sekitarnya, yaitu galaksi kita, yang pada akhirnya akan jatuh ke dalam lubang hitam, jika dibiarkan tidak terganggu untuk waktu yang cukup lama. Lubang hitam masif super duper yang dihasilkan akan menjadi super duper dingin (sekitar E-19K, memberi atau menerima beberapa pesanan besar) dan dapat memberi makan bahkan dari latar belakang gelombang mikro yang semakin dingin untuk waktu yang lama. Hanya ketika semuanya telah diserap atau menghilang di luar cakrawala peristiwa, barulah ia dapat mulai menyusut sama sekali. Dan karena sangat dingin, ia akan menyusut dengan sangat lambat.

Lebih mungkin bahwa peristiwa lain akan mendahului penguapan ini. Makalah ini menjelaskan bagaimana di masa depan yang jauh - katakanlah, 100 miliar tahun - percepatan perluasan alam semesta akan membuat kita terdampar di pulau yang terikat secara gravitasi dari kelompok lokal kita, karena segala sesuatu yang lain "meluas".

Pada titik tertentu lubang hitam di pulau ini akan menyerap semua materi di sekitarnya sampai hanya lubang hitam yang mengorbit yang tersisa. Mereka akhirnya akan jatuh ke satu sama lain karena mereka kehilangan energi kinetik melalui gelombang gravitasi. Skenario akhir adalah lubang hitam raksasa tunggal yang berputar sangat cepat (membuat perkiraan suhu lebih sulit). Dapat dibayangkan bahwa pada titik tertentu dalam proses ini, radiasi latar akan menjadi lebih dingin daripada lubang hitam sehingga lubang hitam yang semakin masif akhirnya mulai menguap. Sangat sangat sangat lambat.

Peter - Pasang kembali Monica
sumber
Apakah ini mungkin menggambarkan kelahiran alam semesta lain? Jelas dengan massa yang lebih sedikit daripada alam semesta "saat ini" kita, yang mungkin telah "dilahirkan" dengan cara yang sama - sebagai pulau gravitasi dari alam semesta sebelumnya, dan lain
Bob Jarvis - Reinstate Monica
@ BobJarvis Ini kompatibel. Lee Smolin menguraikan dan mempopulerkan gagasan John Wheeler dan Bryce DeWitt dalam bukunya The Life of the Cosmos . Gagasan dasarnya adalah multiverse yang beragam populasi dari alam semesta berevolusi dari waktu ke waktu: Beberapa bereproduksi dan beberapa yang kurang lengkap mati, atau setidaknya tidak bereproduksi. Reproduksi terjadi melalui lubang hitam; alam semesta mana pun yang hukum alamnya - terutama kekuatan berbagai kekuatan - sedemikian rupa sehingga materi tidak berkondensasi untuk membentuk lubang hitam adalah jalan buntu evolusi. (Ctd.)
Peter - Reinstate Monica
... Argumen elegan ini memberikan dasar pemikiran mengapa kita hidup di alam semesta seperti kita: Ini adalah keturunan dari garis evolusi yang mampu menghasilkan lubang hitam dan karenanya berkembang biak. Argumen ini memperluas prinsip antropik menjadi prinsip "universal": Alam semesta yang kita amati adalah caranya tidak hanya karena cara itu mendukung kehidupan cerdas tetapi juga karena cara itu mendukung alam semesta. Selain itu juga merupakan paradigma Gaia holistik (lingkungan pengasuhan adalah entitas yang hidup).
Peter - Pasang kembali Monica
1
Saya menduga CMB akan cukup dingin untuk membiarkan SMB menguap SEBELUM mereka cole karena radiasi gravitasi. Setidaknya, tidak jelas urutan kejadian ini terjadi
Steve Linton
@SteveLinton Benar ... Meskipun ini juga sebuah perlombaan karena selama materi jatuh (termasuk lubang hitam sesekali) suhu lubang hitam yang tersisa berkurang secara signifikan. Maksudku, 1E-8 K sudah cukup dingin, dan itu hanya lubang biasa.
Peter - Pasang kembali Monica
-3

Penguapan lubang hitam super besar akan memakan waktu milyaran tahun dan dengan demikian daya tarik gravitasi akan melemah dalam waktu yang sangat lama. Ini akan menghasilkan perluasan galaksi dan semua sistem bintang dan gas akan menyebar di alam semesta. Tetapi radiasi Hawking adalah proses yang sangat lambat, bahkan mungkin sampai saat itu semua bahan bakar bintang-bintang akan terbakar (hidrogen) yang menghasilkan kegelapan total.

Abhishek Thawait
sumber
4
-1. Ini sebagian besar salah. Seperti dicatat dalam jawaban lain, waktu yang dibutuhkan untuk penguapan lubang hitam sangat melebihi "miliaran tahun", dan lubang hitam galaksi adalah fraksi yang relatif kecil dari massa galaksi dan bukan apa yang menyatukan galaksi.
Chappo Belum Lupa Monica
1
@ Chappo Bahkan tidak menyebutkan bahwa lubang hitam makroskopis tidak menyusut sama sekali dan tidak akan pernah selama apapun ada di dalam cakrawala peristiwa - radiasi Hawking terlalu lemah untuk menebus radiasi yang diserap dari lingkungan kosmik.
Peter - Reinstate Monica
Memang. Senang mendukung pengguna SE lain yang menggunakan gambar Mandelbrot di ikon / avatar mereka :-)
Chappo Belum Lupa Monica
1
@ Chappo Benar! Mereka adalah metafora pada banyak tingkatan, sehingga untuk berbicara ;-). Misalnya, tidak menghindari komplikasi
Peter - Reinstate Monica