Может ли звезда вращаться вокруг черной дыры достаточно долго, чтобы звезда потеряла 0,5 миллиарда лет из-за замедления времени?

Мне было интересно, насколько стабильной может быть близкая система звезда-черная дыра, и, следовательно, сколько времени звезда может вероятно упустить (с точки зрения стороннего наблюдателя) из-за того, что находится на орбите с релятивистскими скоростями вокруг черной дыры.

Например, возможен ли сценарий, в котором звезда состарилась менее чем на 13 миллиардов лет, но на самом деле является одной из самых ранних звезд населения II во Вселенной, потому что она находилась на довольно стабильной, близкой и быстрой орбите вокруг черной дыры в течение последние несколько миллиардов лет* и, таким образом, подвергался замедлению времени в течение нескольких миллиардов лет обращения?

(*Или в какой-то момент находился на орбите ЧД и сбежал из-за случайного взаимодействия с новым третьим телом, которое выбросило его.)

Возможно, для этого потребуется черная дыра большего размера, чтобы приливные силы были ниже, что, по-видимому, вызвало бы меньшее выделение газа на орбиту, что привело бы к тому же замедлению времени? Я понимаю, что даже далеко за пределами фотонной сферы черной дыры может происходить распад орбит из-за гравитационных волн, но, очевидно, может иметь место хорошо противодействующее явление разделения из-за того, что звезды лишаются некоторой массы (например, как описано в этой статье) . отчет о звезде, вращающейся вокруг черной дыры со скоростью около %1 c ).

Таким образом, чтобы сделать это более понятным, может ли звезда правдоподобно вращаться вокруг черной дыры достаточно долго и достаточно близко, не закручиваясь по спирали (или наружу из-за удаления газа), чтобы сделать ее на полмиллиарда лет старше по происхождению (согласно кадр реликтового излучения) чем это было пережито?

Ответы (2)

Да, но вряд ли.

Ближайшая орбита, не требующая постоянных затрат энергии для ее поддержания, — прямонаправленная экваториальная ISCO . Для керровской черной дыры коэффициент замедления времени на этой орбите равен

д т д т ≈ 2 4 / 3 3 ( 1 − а / М ) 1 / 3 ,
что на астрофизически вероятном пределе Торна а "=" 0,998 М дает расширение 11,5470. Для черной дыры Шварцшильда ( а "=" 0 ) это всего лишь 1,22. (Гамильтон 2018, стр. 654)

Таким образом, у черной дыры возрастом 13 миллиардов лет может быть звезда, которая только что испытала 13/11,5470 = 1,12583 миллиарда лет!

Излучение гравитационных волн при такой орбите, несомненно, потопит звезду. В конце концов, звездные остатки, начинающиеся, по крайней мере, на расстоянии а.е. друг от друга, сегодня сливаются, и эмиссия быстро увеличивается по мере приближения. Эргосферные процессы могут иметь место, но они также уменьшают а отсюда и замедление времени.

См. этот ответ для объяснения параметра вращения a и графика, показывающего вращения 19 сверхмассивных черных дыр.
Эмиссия ГВ сильно ограничит продолжительность времени, которое можно провести в этом режиме. Даже с самой большой сверхмассивной черной дырой на самом легком коричневом карлике излучение ГВ удержало бы время нахождения в режиме, когда красное смещение значительно, меньше миллиона лет (вероятно, на порядки).
Примечание. Я принял другой ответ, в котором обсуждался распад, но этот, похоже, тоже дал подходящий ответ. К сожалению, у меня нет уровня понимания, необходимого, чтобы с уверенностью определить, какой ответ больше всего заслуживает принятия; Я нажал «Принять» на этом, но проголосовал за оба. Если бы это было возможно, я бы разделил признание между ними двумя.

В комментариях к другому ответу возник вопрос, будет ли распад орбиты ограничивать время замедления времени. Ответ, конечно, да. Но насколько? На этот вопрос можно ответить, используя некоторые современные результаты моделирования двойных систем с экстремальным отношением масс в пределе экстремальных спинов.

Ответ будет в решающей степени зависеть от соотношения масс звезды и сверхмассивной черной дыры. Итак, предположим, мы возьмем сверхмассивную черную дыру 10 9 солнечные массы со спиновым параметром а "=" 0,999 , и звезда солнечной массы, вращающаяся вокруг него по квазикруглой спирали. Скорость распада такой спирали указана в репозитории Black Hole Perturation Toolkit (см. arXiv:1603.01221 ).

Используя эту информацию и замедление времени для круговых орбит (также доступное из BHPT), мы можем получить эволюцию координатного времени как функцию собственного времени. На приведенном ниже графике показана разница между ними, если предположить, что бинарная система в настоящее время находится на последней стабильной орбите. Мы видим, что разница между собственным временем, ощущаемым звездой, и координатным временем, воспринимаемым асимптотическим наблюдателем, составляет около 1,2 млрд лет за 13 млрд лет (т. е. примерно возраст Вселенной). В частности, мы видим (к моему удивлению), что 0,5 миллиарда, запрошенные ОП, полностью находятся в пределах возможного. (Однако 10+ миллиардов, предлагаемых другим ответом, кажутся недостижимыми).

введите описание изображения здесь

Может ли звезда вращаться вокруг черной дыры достаточно долго, чтобы звезда потеряла 0,5 миллиарда лет из-за замедления времени?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v