Was passiert mit der Form einer Galaxie, wenn ein supermassives Schwarzes Loch in seiner Mitte stirbt (verdunstet)?

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Was ist im Zentrum der Milchstraße? In diesem Artikel heißt es, dass ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraßengalaxie liegt.

In seiner Mitte, umgeben von 200-400 Milliarden Sternen und für das menschliche Auge nicht nachweisbar und durch direkte Messungen, liegt ein supermassereiches Schwarzes Loch namens Schütze A *, kurz Sgr A *. Die Milchstraße hat die Form einer Spirale und dreht sich um ihre Mitte, wobei lange, sich kräuselnde Arme eine leicht gewölbte Scheibe umgeben. Auf einem dieser Arme in der Nähe des Zentrums befinden sich Sonne und Erde. Wissenschaftler schätzen, dass das galaktische Zentrum und Sgr A * etwa 25.000 bis 28.000 Lichtjahre von uns entfernt sind. Die gesamte Galaxie hat einen Durchmesser von rund 100.000 Lichtjahren.

Wir drehen uns alle 250 Millionen Jahre um das Zentrum. Vermutlich drehen wir uns wegen des BH.

Wenn das Schwarze Loch in unserer Galaxie stirbt, werden wir dann aus der rotierenden Umlaufbahn geworfen?

Es wird erwartet, dass sich die Form der Galaxie ändert. Ist es eine unregelmäßige Form, die nicht kugelförmig ist?

Paran Bharali
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Die Verdunstung des Schwarzen Lochs ist so langsam, dass der Infall die Verdunstung überschreitet und die Masse zunimmt, solange sich in der Nähe ein kleines Stück Gas befindet.
Ross Millikan
Und BHs werden weiterhin CMB und Sternstrahlung absorbieren und ihre Masse weiter erhöhen, selbst wenn sie ihre Nachbarschaft von Gas und Staub befreit haben.
Chappo sagt SE Dudded Monica
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Diese Frage ist ziemlich gleich: physics.stackexchange.com/questions/98186/…
Steve Jessop
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@Acccumulation: Ich stimme zu, aber es schien, als würde OP daran denken, dass das Schwarze Loch verdunstet, während Sterne und eine normale Galaxie in der Nähe sind. Mein Punkt ist, dass das Schwarze Loch erst lange nach dem Materialverlust in der Region verdunstet.
Ross Millikan
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@Akkumulation Selbst die Strahlung von überall (CMB, andere Galaxien) ist stark genug, um die Verluste durch Hawking-Strahlung mehr als aufzuwiegen. Denken Sie daran, ein Schwarzes Loch ist hübsch, na ja, schwarz. Es ist ein Schatten vor dem CMB (was wir in Röntgenfackeln usw. sehen, kommt aus seiner Umgebung, nicht aus dem eigentlichen Loch).
Peter - Stellen Sie Monica

Antworten:

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Vermutlich drehen wir wegen des BH.

Nein. Die Galaxie wird aufgrund ihrer eigenen Gesamtgravitation in einem Stück gehalten. Das Schwarze Loch ist nur ein kleiner Bruchteil davon. Grundsätzlich spielt der BH keine Rolle.

Wenn das Schwarze Loch in unserer Galaxie stirbt

Das BH wird wahrscheinlich das letzte sein, was am Ende von unserer Galaxie übrig bleibt. Und selbst dann wird es unglaublich lange dauern, bis es verdunstet ist. Die BH-Verdampfung bei sehr großen BHs ist im Grunde der langsamste Prozess, den Sie sich vorstellen können.

Es wird eine unregelmäßige Form nicht kugelförmig sein?

Die Galaxie ist nicht kugelförmig. Seine Form ähnelt eher einer runden Scheibe (mit einigen Unregelmäßigkeiten und einigen Merkmalen wie Armen usw.).

Florin Andrei
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"Die BH-Verdampfung bei sehr großen BHs ist im Grunde der langsamste Prozess, den Sie sich vorstellen können." Einige Faktoren sind sogar langsamer als die (vorhergesagte) Geschwindigkeit des Protonenzerfalls!
neugierigdannii
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Antwort: Nicht viel

Das zentrale Schwarze Loch (BH) der Milchstraße hat ungefähr 5 Millionen Sonnen, während die Galaxie 100 Milliarden bis eine Billion Sonnen hat. Folglich ist das zentrale BH für die Dynamik der Sternbahnen ziemlich irrelevant, außer sehr nahe am Zentrum.

Aber was meinst du mit "das Schwarze Loch stirbt"? Meinen Sie, verdunstet durch Hawking-Strahlung? (Dies ist der einzige Prozess, von dem wir wissen, dass er ein BH beseitigen kann, und es ist so langsam, dass die Galaxie längst verschwunden ist, bevor das zentrale Schwarze Loch verdunstet.)

Mark Olson
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Vergessen Sie nicht, dass Hawking-Strahlung immer noch eine Theorie ist. Niemand hat es tatsächlich gesehen. IMHO lohnt es sich, Hawkings Papierpartikelerstellung von 1975 durch Schwarze Löcher zu lesen .
John Duffield
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@ John Duffield: Das sieht interessant aus. Beachten Sie jedoch, dass er die thermodynamische Interpretation von BHs kritisiert, während Hawking-Strahlung durch die Anwendung der Quantenfeldtheorie in einem GR-Kontext entsteht. Wenn ich die Dinge richtig verstehe, braucht Hawking-Strahlung im Prinzip eigentlich kein BH, obwohl es schwer vorstellbar ist, dass sie irgendwo anders beobachtet werden kann. Hawking-Strahlung wird als Unterstützung für die thermodynamische Interpretation / Analogie / Metapher / was auch immer und nicht als Folge davon genommen.
Mark Olson
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Die Leute behaupten, sie hätten es, aber wenn Sie sich beispielsweise nature.com/articles/nphys3863 ansehen, finden Sie, dass es die Wasserfall-Analogie ist, die falsch ist. Einstein lehnte Gulstrand-Painlevé-Koordinaten aus gutem Grund ab - wir leben nicht in einer Chicken Little-Welt, in der der Raum herunterfällt.
John Duffield
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Beachten Sie, dass das Papier, in dem behauptet wird, die Theorie der Hawking-Strahlung sei fehlerhaft, von niemandem veröffentlicht oder zitiert wird. Tatsächlich hat der Autor keine Veröffentlichungen, aber es gibt ein weiteres Papier über arXiv, das mit " Unser Universum ist wahrscheinlich ein riesiges Schwarzes Loch " beginnt . Rote Flagge!
Pela
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@ JohnDuffield Bitte sagen Sie "Hypothese" anstelle von "Theorie", wenn "Just a
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Es ist absolut nichts mehr übrig.

Die Zeit, in der stellare Schwarze Löcher verdunsten, soll die Protonenhalbwertszeit überschreiten. Wie viel mehr die galaktischen Schwarzen Löcher. Übrigens nimmt diese Zeit derzeit zu, da derzeit sogar stellare Schwarze Löcher allein aus der kosmischen Hintergrundstrahlung wachsen.

Das Universum muss die Zwischenphase der Schwarzen Löcher und des leeren Raums durchlaufen, bevor dies geschieht.

Joshua
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Der Punkt über CMB-Infall ist meiner Meinung nach entscheidend. Das Universum muss alt genug sein, damit der Hintergrund kälter ist als die Hawking-Strahlung des Schwarzen Lochs, und wir sollten uns überlegen, wie die Galaxie bis dahin aussehen wird. Darüber hinaus muss die Galaxie so dunkel sein, dass das Bit, das das Schwarze Loch umgibt, kälter ist als die Hawking-Strahlung, was Ihnen sagt, wie es aussieht. Dann beginnt das Schwarze Loch zu verdunsten. Es ist nur Thermodynamik und ein schwarzes Loch dieser Größe ist unglaublich kalt.
Steve Jessop
Ich denke, weil die Hawking-Strahlung so klein ist, wächst das Schwarze Loch, weil der Nettostrahlungsfluss nach innen gerichtet ist, solange sich Strahlungsquellen in der Nähe befinden, selbst wenn wir den CMB ignorieren. Wenn wir nun zum Spaß davon ausgehen, dass das Universum alt genug wird, dass nur noch schwarze Löcher übrig sind, und wenn wir annehmen, dass sich einige noch im Ereignishorizont des anderen befinden, werden sie sich nicht irgendwann im thermodynamischen Gleichgewicht befinden, dh gleich austauschen Strahlungsmengen miteinander?
Peter - Stellen Sie Monica
Wenn das Proton zerfällt, wissen wir nur, dass die Halbwertszeit absurd lang sein muss, wenn dies der Fall ist. Und natürlich unter der Annahme, dass es keinen anderen Prozess gibt, der irgendwann alles außer den Schwarzen Löchern "zerstören" würde.
Luaan
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@ PeterA.Schneider Vergiss nicht, dass sich das Universum ausdehnt. Selbst wenn sich die Schwarzen Löcher zu diesem Zeitpunkt im thermischen Gleichgewicht befanden, ändert die Expansion dies. Im Extremfall wird schließlich (wenn sich die Raumzeit zumindest mit den gegenwärtigen Raten weiter ausdehnt) jedes Schwarze Loch, das nicht gravitativ an ein anderes Schwarzes Loch gebunden ist, allein in seinem beobachtbaren Universum sein.
Luaan
@ Luanan Stimmt. Unsere lokale Gruppe ist jedoch gravitativ gebunden, so dass Schütze A * nicht allein sein wird, bis alle schwarzen Löcher in das letzte übrig gebliebene gefallen sind. Neuere Forschungen zeigen, dass Schütze A * selbst bereits ein Halbschattenbild von Tausenden von Schwarzen Löchern hat.
Peter - Stellen Sie Monica
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Um dies zu beantworten, schauen wir uns die nächsten paar Milliarden / Billionen / Billiarden / an. Jahre und machen Sie sich ein Bild von der Größe unserer Galaxie und ihres zentralen Schwarzen Lochs.

Das erste, was im Zusammenhang mit Ihrer Frage passiert, ist, dass unsere Galaxie und Andromeda kollidieren und verschmelzen. Dies geschieht in einigen Milliarden Jahren. Wenn Galaxien verschmelzen, existiert die kombinierte Galaxie, kann jedoch eine andere Form haben, verschmolzene zentrale Schwarze Löcher und Sterne (oder in einigen Fällen sogar ein oder beide Schwarze Löcher) können aus der kombinierten Galaxie herausgeschleudert werden. Aber die Galaxie wird in irgendeiner Form Bestand haben.

Das liegt daran, dass eine Galaxie nicht durch ihr zentrales Schwarzes Loch zusammengehalten wird.

Skalensinn: Masse

In unserer Galaxie hat das zentrale BH eine Masse von etwa 4 bis 4,5 Millionen Sonnen .

Ein größerer Teil sind die Sterne, das Gas und andere gewöhnliche baryonische Materie (einige hundert Milliarden Sterne, obwohl viele rote Zwerge sind und kleiner als unsere Sonne). Die gewöhnliche Materie wird auf ungefähr 600 Milliarden Sonnen oder ungefähr das 150.000-fache der Masse des zentralen Schwarzen Lochs geschätzt .

Aber der größte Teil ist dunkle Materie. Einfach erklärt, selbst unter Berücksichtigung der gesamten oben genannten Masse, wäre die Galaxie immer noch nicht massiv genug, um sich so zu drehen. Berechnungen zeigen, dass etwa 85% aller Materie in unserer Galaxie "dunkle Materie" ist - eine Art Materie, die nicht aus gewöhnlichen Atomen besteht, sondern vermutlich aus Partikeln besteht, die nur durch die Schwerkraft viel interagieren können (so) wir können es nicht durch Strahlung erkennen, es bildet keine Planeten, Sterne oder Schwarzen Löcher usw.). Dunkle Materie wäre ungefähr 3,5 Billionen Sonnen oder ungefähr das 850.000-fache der Masse des zentralen BH.

Die Gesamtmasse (gewöhnliche + dunkle Materie) beträgt also ungefähr 4 Billionen Sonnen oder ungefähr das Millionenfache der Masse des zentralen Schwarzen Lochs .

Skalensinn: Durchmesser

In Anbetracht der Größe und nicht der Masse entspricht das zentrale BH möglicherweise der Größe der Uranus-Umlaufbahn (etwa 12 Lichtstunden Durchmesser ).

Die sichtbare Galaxie ist etwa 100.000 Licht Jahre Durchmesser oder etwa 70 Millionen Mal der BH Größe.

Das Ausmaß des Halos der dunklen Materie ist weniger sicher (und hat weniger definierte Kanten), kann sich jedoch je nach der richtigen Forschung zwischen 500.000 und 1 Million Lichtjahre Durchmesser erstrecken oder etwas in dieser Richtung (aus dem Gedächtnis) oder etwas weniger als eine halbe Milliarde Mal so groß wie BH.

Zusammenfassung

Das zentrale BH enthält ungefähr ein Millionstel (0,0001%) der Masse der Galaxie und ungefähr 2 Milliardstel (0,0000002%) ihres Durchmessers.

Das zentrale Schwarze Loch ist also tatsächlich und seltsamerweise für die heutige Struktur unserer Galaxie fast unbedeutend. Es mag für die Bildung der Galaxie entscheidend gewesen sein, aber das ist lange her. Es ist nicht der aktuelle Grund, warum wir uns drehen, und es ist nicht der Grund, warum wir in der galaktischen Umlaufbahn bleiben. Wenn es verschwand oder morgen ausgeworfen wurde, würde sich nichts ändern, außer ein paar vergleichsweise wenigen Sternen im galaktischen Zentrum, die das BH direkt umkreisen. Wir sind nicht in der Nähe. Wir sind in einem Spiralarm.

Die Quintessenz ist, wenn das zentrale BH verschwindet oder unsere Galaxie verlässt, würden wir und unsere Nachkommen es nie bemerken, außer einer Änderung der Röntgenemissionen aus dieser Region (wie durch Radioteleskope festgestellt) und einigen sehr schwachen Sterne in dieser Region bewegen sich im Laufe der Jahrtausende etwas anders. Das ist alles.

Aber wie andere Antworten erklären, braucht ein Schwarzes Loch eine immense Zeit, um zu verdampfen. In Wirklichkeit werden also zwei Dinge passieren:

  • Auf einer Zeitskala von Milliarden bis Billionen von Jahren Irgendwann wird die verschmelzende Milchstraße / Andromeda-Galaxie (oder eine Nachfolge-Galaxie) ihr zentrales BH behalten, verschmelzen oder auswerfen. Dieses Ereignis wird kein "Ende" der Galaxie oder der Sterne in ihnen sein, obwohl die kombinierte Galaxie wahrscheinlich keine Spiralform haben wird; verschmolzene Galaxien sind häufig. Die kombinierte Galaxie wird sich niederlassen und die Dinge werden weitergehen.

  • Auf einer Zeitskala jenseits des menschlichen Fassungsvermögens (Trillionen auf Trillionen Jahre) Wenn unser Universum in seiner jetzigen Struktur noch existiert und das Standardmodell und Standard - Kosmologie sind ungefähr richtig, die zentrale BH wird schließlich verdampfen. Aber die Galaxie (und alle Galaxien und die meisten Materien) werden sich lange, lange, lange bevor dies geschehen kann, zersetzt haben.

Stilez
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Detail: Die baryonische Materie der Galaxie ist etwa 150.000-mal so groß wie die Masse von Schütze A *, nicht 100.000.000. Nicht dass sich das viel ändert ;-).
Peter - Stellen Sie Monica
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Die Quellen, die ich fand, waren, dass die gewöhnliche Masse ungefähr 6 x 10 ^ 11 Sonnenmassen betrug und Schütze A * ungefähr 4 bis 5 Millionen Sonnenmassen betrug. 6x10 ^ 11 / 4x10 ^ 6 = 1,5x10 ^ 5 ..... und anscheinend kann ich keine grundlegende mentale Arithmetik machen. Behoben, danke!
Stilez
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Ein makroskopisches Schwarzes Loch kann nicht schrumpfen, solange eine Strahlungsquelle (wie andere Galaxien) in Sichtweite ist. Die Hawking-Strahlung ist sehr schwach; Schwarze Löcher werden aus einem bestimmten Grund als Schwarz bezeichnet. Tatsächlich wird die Hawking-Strahlung bereits durch die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung allein für Schwarze Löcher, die schwerer als der Mond sind, aufgewogen. Dies ist nur eine Funktion der Temperatur: Der Hintergrund des Universums hat eine Temperatur von 2,72 K - um mehr Strahlung zu emittieren als es absorbiert, muss das Schwarze Loch heißer sein, was eine Masse erfordert , die kleiner als die des Mondes ist . Schwarze Löcher der Sonnenmasse haben eine niedrige Temperatur in der Größenordnung von 6E-8 K. Das bedeutet, dass selbst ohne jegliche Materie, die absorbiert werden könnte, und ohne eine bestimmte Strahlungsquelle ein massives Schwarzes Loch immer noch wachsen und nicht schrumpfen würde.

Im Fall von Schütze A * gibt es viel Materie und Strahlung, nämlich unsere Galaxie, die schließlich in das Schwarze Loch fällt, wenn sie ausreichend lange ungestört bleibt. Das resultierende massive schwarze Super-Duper-Loch wäre super-super-kalt (um E-19K, geben oder nehmen Sie ein paar Größenordnungen) und könnte sich selbst für lange Zeit sogar von einem immer kühleren Mikrowellenhintergrund ernähren. Erst wenn alles über den Ereignishorizont hinaus absorbiert oder verschwunden ist, kann es überhaupt schrumpfen. Und weil es sehr sehr kalt ist, schrumpft es sehr sehr langsam.

Es ist jedoch wahrscheinlicher, dass andere Ereignisse dieser Verdunstung vorausgehen. Dieses Papier beschreibt, wie in der fernen Zukunft - beispielsweise in 100 Milliarden Jahren - die beschleunigte Expansion des Universums uns auf der schwerkraftgebundenen Insel unserer lokalen Gruppe festsitzen lässt, weil sich alles andere "ausdehnt".

Irgendwann haben die Schwarzen Löcher auf dieser Insel die gesamte umgebende Materie absorbiert, bis nur noch umlaufende Schwarze Löcher übrig sind. Sie fallen schließlich ineinander, weil sie durch Gravitationswellen kinetische Energie verlieren. Das Endszenario ist ein einzelnes riesiges Schwarzes Loch, das sich enorm schnell dreht (was Temperaturschätzungen erschwert). Es ist denkbar, dass irgendwann in diesem Prozess die Hintergrundstrahlung kälter wird als das / die Schwarze Loch (e), so dass die immer massereicheren Schwarzen Löcher tatsächlich tatsächlich zu verdampfen beginnen. Sehr sehr sehr langsam.

Peter - Monica wieder einsetzen
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Beschreibt dies vielleicht die Geburt eines anderen Universums? Offensichtlich mit weniger Masse als unser "aktuelles" Universum, das möglicherweise auf die gleiche Weise "geboren" wurde - wie eine Gravitationsinsel aus einem früheren Universum usw.
Bob Jarvis - Reinstate Monica
@ BobJarvis Es ist kompatibel. Lee Smolin hat in seinem Buch Das Leben des Kosmos eine Idee von John Wheeler und Bryce DeWitt ausgearbeitet und populär gemacht . Die Grundidee ist ein Multiversum, dessen vielfältige Universenpopulation sich im Laufe der "Zeit" entwickelt: Einige reproduzieren sich und andere sterben weniger gut oder reproduzieren sich zumindest nicht. Die Fortpflanzung erfolgt durch Schwarze Löcher; Jedes Universum, dessen Naturgesetze - insbesondere die Kraft der verschiedenen Kräfte - so beschaffen sind, dass Materie nicht zu Schwarzen Löchern kondensiert, sind evolutionäre Sackgassen. (Ctd.)
Peter - Reinstate Monica
... Dieses elegante Argument liefert eine grundlegende Begründung dafür, warum wir in einem Universum wie dem unseren leben: Es ist der Nachkomme einer Evolutionslinie, die in der Lage ist, Schwarze Löcher zu produzieren und sich so fortzupflanzen. Das Argument erweitert das anthropische Prinzip zu einem "universellen" Prinzip: Das Universum, das wir beobachten, ist so, wie es ist, nicht nur, weil es intelligentes Leben unterstützt, sondern auch, weil es Universen unterstützt. Abgesehen davon ist es auch ein ganzheitliches Gaia-Paradigma (die pflegende Umgebung ist ein Lebewesen).
Peter - Reinstate Monica
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Ich vermute, dass der CMB genug abkühlt, um SMBs verdampfen zu lassen, bevor sie aufgrund von Gravitationsstrahlung zusammenbrechen. Es ist zumindest nicht offensichtlich, in welcher Reihenfolge diese Ereignisse stattfinden
Steve Linton
@SteveLinton True ... Obwohl es auch ein Rennen ist, sinkt die Temperatur der verbleibenden Schwarzen Löcher erheblich, solange Materie einfällt (einschließlich des gelegentlichen Schwarzen Lochs). Ich meine, 1E-8 K ist schon ziemlich kalt und das ist nur ein normales Loch.
Peter - Reinstate Monica
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Die Verdunstung der supermassiven Schwarzen Löcher wird Milliarden von Jahren dauern und somit wird die Anziehungskraft der Gravitation in sehr langer Zeit schwächer. Dies wird zur Ausdehnung der Galaxie führen und das gesamte Sternensystem und die Gase werden sich im Universum ausbreiten. Aber Hawking-Strahlung ist ein sehr langsamer Prozess, selbst wenn bis zu diesem Zeitpunkt der gesamte Brennstoff der Sterne verbrannt wird (Wasserstoff), was zu völliger Dunkelheit führt.

Abhishek Thawait
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-1. Das ist meistens falsch. Wie in anderen Antworten erwähnt, übersteigt die Zeit, die für die Verdampfung von Schwarzen Löchern benötigt wird, "Milliarden von Jahren" bei weitem, und galaktische Schwarze Löcher machen einen relativ kleinen Bruchteil der Masse der Galaxie aus und sind nicht das, was eine Galaxie zusammenhält.
Chappo sagt SE Dudded Monica
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@Chappo Nicht einmal zu erwähnen , dass makroskopische schwarze Löcher nicht schrumpfen überhaupt und werden es nie so lange etwas in dem Ereignishorizont ist - ist die Hawking - Strahlung zu schwach absorbierte Strahlung von der kosmischen Umgebung zu bilden.
Peter - Stellen Sie Monica
Tatsächlich. Schön, einen anderen SE-Benutzer zu unterstützen, der ein Mandelbrot-Bild in seinem Symbol / Avatar verwendet :-)
Chappo sagt, SE Dudded Monica
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@Chappo Richtig! Sie sind sozusagen eine Metapher auf vielen Ebenen ;-). Zum Beispiel nicht vor Komplikationen von Komplikationen
Peter - Reinstate Monica