Apakah batasan Roche berlaku untuk lubang hitam?

10

Pertimbangkan black hole A, sebuah black hole super masif di pusat galaksi. Mengorbitnya adalah lubang hitam B, lubang hitam yang jauh lebih kecil.

Jika beberapa benda yang lewat memodifikasi orbit lubang hitam B sehingga jatuh dalam batas Roche lubang hitam A, apa yang akan terjadi pada lubang hitam B?

Jika itu berubah menjadi cincin, apakah materi black hole akan kembali mengembang karena tidak akan berada di bawah gravitasi setinggi itu? Apakah lubang hitam bahkan merespons batas Roche seperti halnya masalah biasa?

black-hole roche-limit Sidney
sumber
2
Gagasan batas Roche berlaku untuk lubang hitam jika badan sekunder bukan lubang hitam. Misalnya, jika asteroid mendekati lubang hitam terlalu dekat, itu akan terkoyak. Jarak di mana hal ini terjadi terkait dengan jari-jari tubuh dengan massa lubang hitam dan kepadatan asteroid.
Keith Thompson

Jawaban:

4

Batas Roche berlaku ketika benda yang lebih kecil yang akan disatukan oleh gravitasinya sendiri berada di medan gravitasi yang lain, sehingga gaya pasang surut yang terakhir lebih kuat daripada gravitasi diri yang belakangan, sehingga menghancurkan yang lebih kecil tubuh.

Namun, gaya pasang surut gravitasi lubang hitam selalu terbatas, kecuali pada singularitas internal. Ini adalah masalah karena gravitasi-diri dari lubang hitam, dalam arti percepatan yang diperlukan massa untuk tetap diam di permukaannya, tidak terbatas 1 . Jadi, kita seharusnya tidak mengharapkan lubang hitam besar untuk menghancurkan yang lain melalui gaya pasang surut gravitasi.

Dengan kata lain, batas Roche terjadi ketika partikel-partikel dari tubuh yang lebih kecil dapat menghindarinya ... tetapi mereka tidak dapat lepas dari cakrawala peristiwa lubang hitam. Dengan demikian, lubang hitam akan mengorbit atau bergabung, yang merupakan apa yang terjadi dalam simulasi numerik.

1 Ada konsep terpisah dari gravitasi permukaan lubang hitam yang pada dasarnya ini diskalakan oleh faktor pelebaran waktu gravitasi, dan dengan demikian tetap terbatas.

Stan Liou
sumber
5

Ini berbeda. Lubang hitam bukanlah benda, seperti planet atau bintang. Alih-alih, mereka adalah distorsi kuat ruangwaktu, dijaga oleh konsentrasi massa / energi di dalamnya (yang dengan sendirinya disimpan di sana oleh distorsi ruangwaktu - sebuah lingkaran setan yang hanya dipecahkan perlahan-lahan oleh radiasi Hawking). Dengan demikian, mereka tidak dapat "dicabik-cabik", karena tidak ada yang bisa dicabik-cabik di sana - hanya kusut raksasa ruangwaktu yang melengkung.

Sebagai gantinya, dua lubang hitam bisa bergabung, jika mereka cukup dekat dan kehilangan cukup gerakan orbital timbal balik.

menggabungkan lubang hitam

Hasilnya adalah lubang hitam tunggal yang lebih besar.

Florin Andrei
sumber
2

(Ya, ini seharusnya komentar. Tapi terlalu besar.)

Untuk menanggapi komentar Sidney untuk jawaban Ed Shaya:

Persamaan batas Roche dapat dinyatakan sebagai

1.26×Rsecondary×PrimarySecondary3

Karena jari-jari sekunder adalah nol dan nol kali apa pun adalah nol, batas Roche juga nol.

Ketika Anda berpikir tentang apa arti batas Roche sebenarnya ini sudah jelas. Batas Roche adalah titik di mana primer menaikkan gelombang sekunder yang lebih kuat daripada gravitasinya sendiri. Pasang-surut didasarkan pada fakta bahwa ketika objek berada pada jarak tertentu ia benar-benar menempati ruang, bagian lebih dekat (yang mengalami tarikan lebih besar) dan bagian lebih jauh (yang mengalami tarikan lebih rendah.) Tidak ada titik pada lubang hitam itu lebih dekat atau lebih jauh, sehingga tidak ada pasang, sehingga tidak akan hancur bahkan jika tidak memiliki gravitasi diri.

Loren Pechtel
sumber
Inilah notasi yang digunakan. Untuk beberapa alasan, informasi tersebut tidak ada di pusat bantuan Astronomi.
HDE 226868
1
Lubang hitam, menurut definisi, adalah wilayah yang dikelilingi oleh horizon peristiwa. Dengan demikian, pasti ada titik di lubang hitam yang lebih dekat atau lebih jauh.
Stan Liou
1
Tapi tidak ada yang khusus di horizon acara. Ini adalah titik di mana cahaya tidak bisa lepas. Masalahnya adalah di pusat dan batas Roche adalah tentang merobek masalah ini.
eshaya
@ EdShaya argumen dalam jawaban ini tidak dalam suara umum bahkan jika Anda mengganti 'lubang hitam' dengan 'singularitas'; misalnya, lubang hitam yang berputar memiliki singularitas yang diperluas secara spasial yang tidak (secara spasial) seperti titik.
Stan Liou
Benar. Lubang hitam yang berputar dianggap membentuk cincin dan bukannya titik. Tetapi, a) cincin itu ada di dalam horizon peristiwa, jadi pengamat eksternal tidak pernah melihat apa yang terjadi pada cincin-cincin ini dan b) kerapatan di sepanjang cincin itu tidak terbatas, sehingga masih sulit untuk dipecahkan. Sekarang, pertanyaan menarik adalah apa yang terjadi tepat ketika dua cincin materi dengan kepadatan tak terbatas bergabung? Bagaimana prosesnya? Sangat menarik bahkan jika kita tidak pernah benar-benar melihatnya (dan melaporkan kembali). Ya, kecuali Penrose (1969) salah tentang Sensor Kosmik singularitas telanjang.
eshaya
2

Karena kerapatan materi di pusat lubang hitam tidak terbatas (atau hampir), Roche Radius adalah 0 (atau hampir sama). Dua lubang hitam di orbit berputar ke arah satu sama lain karena mereka memancarkan gelombang gravitasi dan membentuk horizon peristiwa bersama tanpa ada gangguan terhadap materi di pusatnya.

eshaya
sumber
Apakah ini hanya sifat lubang hitam, atau apakah ini menyiratkan bahwa batas Roche untuk benda langit adalah variabel tergantung pada tarikan gravitasi benda yang berinteraksi dengannya? Contoh: Batas Roche Matahari untuk Jupiter akan berbeda dari batas Roche Matahari untuk Bumi.
Sidney
3
"Kepadatan black hole tidak terbatas" - ini tidak benar, atau setidaknya tergantung pada interpretasi aneh dari istilah yang tidak memiliki relevansi yang jelas di sini.
Stan Liou
Setelah sebuah objek dikompres ke jari-jari Schwarzschild-nya, objek itu akan terus runtuh hingga menjadi singularitas. Kepadatan materi dalam lubang hitam dalam GR tidak terbatas, tetapi dengan QM mungkin memiliki radius panjang gelombang de Broglie atau lebih. Jadi lubang hitam, wilayah dalam horizon peristiwa, hanyalah ruang kosong kecuali untuk objek yang hampir seperti titik di pusatnya.
eshaya
@EdShaya apa yang baru saja Anda katakan adalah benar (dengan asumsi yang masuk akal tentang materi, dan kecuali harus seperti point point), tetapi tidak relevan dengan pertanyaan. Lubang hitam didefinisikan oleh kehadiran horizon peristiwa, yang pada gilirannya tergantung pada perilaku partikel uji di wilayah tersebut. Dengan demikian, lubang hitam akan dihancurkan oleh gravitasi dari yang lain (tanpa penggabungan) setiap kali partikel uji di dalamnya bisa lolos hingga tak terbatas (yaitu, tidak akan ada lagi horizon). Tentu saja, itu tidak terjadi, tapi itu artinya menghancurkan black hole. ...
Stan Liou
Cara lain untuk mengilustrasikan poin: jika Anda melanggar kondisi energi yang relevan, Anda bisa memiliki lubang hitam tanpa singularitas sama sekali. Tetapi jawaban dalam kasus hipotetis sepenuhnya akan sama: lubang hitam lainnya tidak akan hancur karena cakrawala tidak akan hancur. Apa yang terjadi jauh di dalam hati tidak masalah dengan pertanyaan itu.
Stan Liou