Когда звезда становится черной дырой, становится ли ее гравитационное поле сильнее?

Я видел в документальном фильме, что когда звезда коллапсирует и превращается в черную дыру, она начинает пожирать планеты вокруг.

Но у него та же масса, так как же увеличивается напряженность его гравитационного поля?

На самом деле, она не имеет такой же массы, она имеет значительно меньшую массу, чем ее звезда-предшественница. Примерно 90% звезды улетучивается в результате вспышки сверхновой (тип II), которая вызывает появление черных дыр.
Кроме того, мощность почти наверняка не то, что вы имеете в виду. Мощность – это скорость передачи энергии во времени. Я полагаю, что вы имеете в виду напряженность гравитационного поля .
Если вам нравится этот вопрос, вы также можете прочитать этот пост Phys.SE.
Связанные: физика.stackexchange.com / q /108526 , физика.stackexchange.com/q/55722 , физика.stackexchange.com/q/105503 , физика.stackexchange.com/q/ 61422 , физика.stackexchange.com/ q/ 73705 , физика.stackexchange.com/q/ 64027 ,

Ответы (5)

На самом деле, она не имеет такой же массы, она имеет значительно меньшую массу, чем ее звезда-предшественница. Примерно 90% звезды улетучивается в результате вспышки сверхновой (тип II), которая вызывает появление черных дыр.

Радиус Шварцшильда - это радиус, при котором, если бы масса объекта была сжата до сферы такого размера, скорость убегания на поверхности была бы равна скорости света. с ; это дано

р с знак равно 2 грамм м с 2
Для черной дыры с массой в 3 Солнца это составляет около 10 км. Если мы измерим гравитационное ускорение от этой точки,
грамм Б ЧАС знак равно грамм м Б ЧАС р с 2 ≃ 10 13 м / с 2
и сравните это с ускорением, вызванным звездой-предшественником массой 20 солнечных с радиусом р ⋆ знак равно 5 р ⊙ ≃ 7 × 10 8 м, у нас есть
грамм М ⋆ знак равно грамм м ⋆ р ⋆ 2 ≃ 10 3 м / с 2
Обратите внимание, что это ускорение силы тяжести на поверхности объекта, а не на некотором расстоянии от него. Если мы измерим гравитационное ускорение меньшей черной дыры на расстоянии исходного радиуса звезды, вы обнаружите, что оно намного меньше (примерно в 7 раз).

Когда вы смотрите научно-популярное телешоу, вам нужно относиться ко всему, что вы видите, с большой долей скептицизма. Это особенно верно, если ведущий шоу не является ученым, но даже когда ведущим является ученый, вам нужно быть подозрительным.

Звездные черные дыры не превращаются в монстров, которые тянутся и срывают предметы с неба. Издалека черная дыра ведет себя в гравитационном отношении не иначе, как обычный объект такой же массы. Только когда объект подходит очень близко, черные дыры ведут себя по-разному. Обратите внимание, что это «очень близко» означает то, что находится внутри обычного объекта.

Во всяком случае, звездные черные дыры — это маленькие кошечки, а не большие монстры по сравнению со звездами, которые их породили. Сверхновые, которые порождают звездные черные дыры, уносят очень большую часть своей массы во время вспышки сверхновой, как в виде энергии, так и в виде выброшенного вещества. Получившаяся черная дыра имеет гораздо меньшую массу, чем родительская звезда.

Если родительская звезда является членом тесной двойной звезды, черная дыра все еще может получать массу от другой звезды. Но тянуться и вдыхать планеты? Это просто плохая поп-наука.

За исключением внешней атмосферы красного гиганта, являющегося тесной двойной парой звездной черной дыры, было бы удивительно, если бы звездная черная дыра поглотила что-либо. Потребуется много энергии, чтобы намеренно отправить что-то очень близкое к черной дыре. По аналогии, человечество отправило за пределы Солнечной системы четыре спутника (пятый на подходе), а к Меркурию мы отправили только две миссии. Причина в том, что требуется много энергии (много энергии!), чтобы добраться до Меркурия. Побег из Солнечной системы проще простого, чем добраться до Меркурия. Чтобы подобраться очень близко к поверхности Солнца, потребуется еще больше энергии. Если бы наше Солнце было черной дырой с массой в один солнечный, потребовалось бы гораздо больше энергии, чтобы послать что-то в пределах нескольких радиусов Шварцшильда от черной дыры.

Когда дело доходит до научной фантастики, вам понадобится целый шейкер соли!
Что касается Меркурия, то сложность в том, чтобы попасть туда, — это дельта-V между орбитами Земли и Меркурия. Стационарному объекту за пределами Солнечной системы не нужно было бы тратить энергию, чтобы добраться до Меркурия (и пролететь мимо него, или врезаться в него), поскольку он просто падал бы под действием гравитационного колодца Солнца. Убить набранную в ходе этого процесса скорость, достаточную для выхода на орбиту вокруг Меркурия, конечно, означало бы большие затраты энергии.
@LorenPechtel -- С научной фантастикой я знаю, что это не реально. Проблема в научно-популярных шоу, которые пытаются показать, что такое наука. К сожалению, большинство из них скорее мистифицируют, чем разъясняют. Я знаю кое-что в науке, а из той науки, которую я знаю, я знаю, что материал в этих научно-популярных шоу часто является чистым мусором. Это заставляет меня задаться вопросом, как я могу доверять этим научно-популярным шоу на темы, в которых я всего лишь заинтересованный неспециалист? Я понимаю, что популяризация науки не может использовать уравнения. Но это не значит, что они должны попадать в квантовое ухаживание/химическое ухаживание/биологическое ухаживание/какое бы там ни было. Йех!
+1 за «но даже когда хозяином является ученый, вас нужно подозревать». Слишком часто мне приходилось объяснять маме и другим, что документальные фильмы часто носят сенсационный характер, что ученые — всего лишь люди, и к каждому документальному фильму следует относиться с изрядной долей соли. Хотя потребности презентации и развлечения важны и не должны приноситься в жертву на алтарь абстрактного формализма, я думаю, что презентация часто может иметь некоторую сдержанность или, по крайней мере , напоминать людям, что многое является теорией. Можно точно сочетать драматические представления, если есть желание попробовать.
"The reason is that takes a lot of energy (a whole lot of energy!) to get to Mercury. Escaping the solar system is a piece of cake compared to getting to Mercury. It would take even more energy to get very close to the surface of the Sun."Я могу понять, что уйти с орбиты вокруг Меркурия или Солнца или вообще не врезаться в них было бы очень трудно; но говоря о том, чтобы просто добраться туда, не будет ли легче двигаться к массивному объекту, чем удаляться от него из-за гравитации?
Из того, что вы очень часто используете термин «поп-научный», становится ясно, что вы серьезно относитесь к такого рода вещам!
@YatharthROCK: Если бы вы были неподвижным объектом, покоящимся относительно Солнца, да, вы могли бы просто подождать и упасть. Но если вы на орбите , ситуация совсем другая. Чтобы оставаться на орбите, вам нужна большая боковая скорость, а чтобы упасть на Солнце, вам нужно избавиться от значительной части этой скорости. Действительно, изменение скорости больше, чем необходимо для побега из Солнечной системы!
@LightnessRacesinOrbit - мне нравится NOVA и природа. Что касается других шоу, которые пытаются составить конкуренцию, мне приходится иметь дело с вопросами, которые начинаются со слов «Я видел этот документальный фильм, ведущий доктора Брайана <фамилия опущена>. Можете ли вы объяснить, что он имел в виду?»
@YatharthROCK: И помните - в космосе так же сложно замедлиться, как и ускориться!
@JohannesD (LOL, голосование за мой комментарий.) Понятно, но вопрос все еще остается: как только вы выйдете с орбиты Земли (что вы должны сделать в любой из этих ситуаций), с какой орбиты нужно выйти? (Не имеет отношения к этому, но разве сопротивление воздуха — слишком слабое, чтобы уложиться в разумные временные рамки, но все же будет существовать — в конце концов замедлит его и приведет к падению орбитального аппарата?)
@YatharthROCK: Конечно , на солнечной орбите! Земля вращается вокруг Солнца со скоростью около 30 км в секунду, и, конечно, все остальное в Солнечной системе также вращается вокруг Солнца. Чтобы упасть на Солнце с гелиоцентрической орбиты радиусом 1 а.е., вам нужно избавиться почти от всей этой скорости; с другой стороны, чтобы покинуть Солнечную систему с той же орбиты, вам нужно всего около 12 км/с дополнительной скорости.
@JohannesD Ах, кажется, теперь я это понимаю. Нелогично, но круто! Думаю, мне нужно когда-нибудь поиграть в KSP...
@YatharthROCK: О, это, наверное, наименее нелогичное в орбитальной механике, все остальное еще хуже :D
@JohannesD - О чем ты пишешь? Все так интуитивно понятно! Например, если вы находитесь в космическом корабле на той же орбите, что и объект А, но немного отстаете от объекта А, и вы хотите перехватить объект А, очевидное решение — снизить скорость так, чтобы ваша средняя скорость была выше, чем у объекта А. Средняя скорость. Это так очевидно! (А теперь мне нужно пойти к врачу, чтобы извлечь язык из щеки.)
@DavidHammen: и столь же очевидно, что сила притяжения гравитации А будет делать противоположное этому, отдаляя вас от А :-) любопытно.astro.cornell.edu/question.php?number=210
@SteveJessop - А ​​еще есть астероид 2002 AA29 .

На самом деле все обстоит наоборот: когда звезда коллапсирует, образуя черную дыру, ее планеты (если они есть) освобождаются и улетают в бесконечность.

Простая причина: когда звезда взрывается, образуя компактный объект (нейтронную звезду или черную дыру), она высвобождает большую часть своей массы в виде взрыва сверхновой, так что центральный объект, вокруг которого вращается планета, имеет гораздо меньшую массу. чем исходная звезда. Наименьшее снижение примерно с 8 М ⊙ звезда к 1,4 М ⊙ нейтронная звезда, что дает минимальное уменьшение примерно в 6 раз.

Теперь давайте рассмотрим, что происходит с планетой. До взрыва его кинетическая энергия К составляет половину модуля его потенциальной энергии Вт :

К знак равно − 1 2 Вт
так что его полная энергия Е знак равно Т + Вт знак равно − Т / 2 < 0 , и планета привязана к звезде.

Но после взрыва, пока скорость планеты остается неизменной, ее потенциальная энергия Вт знак равно − грамм М ⋆ М п л а н е т / р уменьшается, потому что М ⋆ уменьшилось как минимум в несколько раз 6 : новая потенциальная энергия − Вт ф я н а л < − Вт я н я т я а л / 6 . Отсюда и новая энергия

Е знак равно Т + Вт ф я н а л знак равно − 1 2 Вт я н я т я а л + Вт ф я н а л > − 1 3 Вт я н я т я а л > 0 :

итоговая, полная энергия положительна, планета не связана со звездой, она просто улетит от нее.

Это применимо, когда выбросы проходят орбиту планеты, верно?
@Charles Да, если предположить, что сферическая симметрия не является ужасным приближением.
На самом деле, когда звезда коллапсирует, образуя черную дыру, ее планеты обычно поджариваются. Сверхновая, которая предшествует образованию черной дыры, решает проблему надоедливой планеты.
@DavidHammen Не обязательно, зависит от массы планеты и расстояния от звезды. Например, энергия связи Юпитера грамм М Дж 2 / р Дж ≈ 4 × 10 43 е р грамм . Однако из полной энергии, выделяемой типичной СН ( 10 51 е р грамм , нейтрино не в счет), перехватывает дробь дельта Ом / 4 π знак равно р Дж 2 / 4 Д Дж 2 ≈ 3 × 10 − 9 , который дает 3 × 10 42 эрг, что только 0,1 энергии связи. Таким образом, Юпитер в его нынешнем местоположении не испарится.
@MariusMatutiae, хотя это было бы жареным :)
@TimB Да, во что бы то ни стало, нет надежды выбраться живым ... слишком много рентгеновских и ультрафиолетовых фотонов.

Если вы измерите силу гравитационного ускорения на большом расстоянии грамм ≈ грамм М р 2 звезды / черной дыры с предположением, что ваше расстояние р находится намного дальше, чем различные массовые части, ударная волна и выброшенный материал; тогда грамм ≈ грамм М р 2 (в пределах процента или около того) одинакова до и после сверхновой . Это так, (i) потому что мы можем (с такой точностью) игнорировать долю энергии в сверхновой, исходящей от ультрарелятивистских частиц, состоящих в основном из нейтрино, и (ii) из-за эффектов усреднения, подобных оболочечной теореме Ньютона и теореме Биркгофа .

Ха. Другие ответившие подумали, что они умники, указав, что «когда звезда становится черной дырой, многое сдувается!» НО . Qmechanic смеется последним. конечно, вся масса все еще там, в «то же месте». Потрясающий ответ.
@JoeBlow Если р то же самое до и после, то это было бы примерно то же самое. Но традиционно р будет больше только после новой, и тогда она может включать какие-то планеты или другие тела, делающие ее более массивной.
Обратите внимание, что р в ответе (v2) относится к расстоянию до наблюдателя, а не к радиусу звезды/черной дыры.
@JoeBlow: выбросы движутся со скоростью примерно 1/3 скорости света. Через день это уже ∼ 10 15 см, что составляет около 100 а.е., намного дальше вашей «той же точки». Для справки, бывшая планета Плутон находится на расстоянии от 30 до 50 астрономических единиц от нашего Солнца.
Когда @Qmechanic говорит «большие расстояния», он имеет в виду очень, очень большие. Как только вы окажетесь внутри оболочки, ее масса больше не будет способствовать гравитационному ускорению.

Звезда может быть настолько большой, что ее коллапс в черную дыру не допускает появления сверхновой звезды, поэтому таким образом не происходит потери массы даже локально. Некоторая масса/энергия теряется гравитационной волной, которая может составлять 10-20% доступной массы/энергии. Это может позволить некоторым планетам покинуть систему. Локальная амплитуда гравитационной волны может причинить планетам гораздо больший вред, чем сверхновая. Больше материалов для научной фантастики. Удаленного наблюдателя, нас с нашими инструментами и LIGO, ждут гораздо более интересные времена. Научная фантастика скучна по сравнению с научными фактами.

Когда звезда становится черной дырой, становится ли ее гравитационное поле сильнее?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v