Во-первых, извините мои элементарные знания и отсутствие красноречия, когда я пишу об астрофизике. Я дантист, который время от времени задумывается о том, как устроена Вселенная. Я одновременно очарован и разочарован всеми вопросами, которые возникают после того, как я узнаю больше.
Я только что смотрел видео, показывающее эллиптические орбиты звезд вблизи сверхмассивной черной дыры в нашем галактическом центре. Конечно, когда они вращаются вокруг черной дыры, их отбрасывает обратно с огромной скоростью. Анимация большого газового облака, приближающегося к черной дыре, показала, как газ будет вращаться после того, как часть газа вошла в дыру, а часть была выброшена в космос, таким образом иллюстрируя, как сильное изменение в ускорении влияет на меньшую массу, чем вся звезда. .
Мне было интересно, как это отразится на силах, какими мы их знаем на Земле. Например, что произойдет (гипотетически) с человеком, стоящим на поверхности звезды, когда ее с силой бросает по орбите вокруг черной дыры. Я, конечно, понимаю, что масса и гравитация звезд во много раз больше, чем у Земли, звезды не вращаются как Земля и невозможно стоять на поверхности звезды и т.д. и т.п. (Пожалуйста, дайте мне ТОННА предположений здесь.) Однако я все еще задавался вопросом, как силы «почувствуют себя» к объекту моей массы (80кг), который сидел на поверхности звезды либо на ближней, либо на дальней стороне по отношению к черной дыре на протяжении всей орбиты? Что произошло бы, если бы Земля подверглась действию таких сил и изменению ускорения? Работает ли инерция звезды, вращающейся по такой орбите, так же, как на Земле? «Всасывает» ли черная дыра вещество с меньшей массой в звезду, даже если она находится за горизонтом событий, или объединенная гравитация звезды и «перегрузка» быстрого поворота сами по себе сметают все с одной стороны и выкинуть все наружу с другой стороны? Что происходит с центробежными силами при этих внезапных изменениях вращения? или только комбинированная гравитация звезды и «перегрузка» быстрого поворота сокрушит все с одной стороны и отбросит все наружу с другой стороны? Что происходит с центробежными силами при этих внезапных изменениях вращения? или только комбинированная гравитация звезды и «перегрузка» быстрого поворота сокрушит все с одной стороны и отбросит все наружу с другой стороны? Что происходит с центробежными силами при этих внезапных изменениях вращения?
Я знаю, что нужно много спрашивать и объяснять, но было бы очень признательно, если бы кто-нибудь мог пролить свет.
В больших орбитах нет ничего особенного. Наше Солнце вращается вокруг черной дыры в Млечном Пути. Это достаточно далеко, чтобы не было необычного поведения.
И даже для стартов, которые намного ближе, скорость, с которой они отбрасываются, точно такая же, как скорость, с которой они первоначально падали к черной дыре. Закон сохранения энергии остается в силе.
Все становится интереснее, когда вы подходите достаточно близко к черной дыре. Здесь становится актуальным градиент гравитации. Если подойти чуть ближе, сила гравитации довольно быстро возрастет. Это означает, что самые близкие части звезды разрываются черной дырой. Это процесс создания этих завихрений. Иногда это называют спагеттификацией.
Основная идея - приливные силы. Если тело вращается вокруг любой массы, включая черную дыру, ближняя часть будет притягиваться сильнее, чем дальняя. В ньютоновской гравитации (достаточно близкой к вне очень больших черных дыр) это составляет дифференциальное ускорение , где - масса первички, - расстояние через орбитальный объект, а это расстояние от центра. Если вращающееся тело достаточно сильное, чтобы сопротивляться этой силе, вы можете (в значительной степени) считать его материальной точкой и рассчитать орбиту. Если он недостаточно силен, его разорвут. Поскольку радиус горизонта событий черной дыры масштабируется с , для очень большой черной дыры приливы не такие сильные.
Орбиты на видео, которое вы видели, во всех смыслах и целях примерно такие же, как орбиты таких объектов, как комета Галлея — благодаря второму закону Кеплера, когда объект находится близко, он движется гораздо быстрее, чем когда он далеко.
Итак, почему это показывает черную дыру?
Ну, причина в том, что скорость объектов зависит от их массы и массы того, вокруг чего они вращаются. Имея несколько объектов, движущихся с известной скоростью, мы можем определить массу центрального объекта. Кроме того, мы можем ограничить размер центрального объекта, потому что он должен лежать внутри орбиты самого внутреннего объекта.
В частности, если объект имеет радиус меньше, чем , тогда единственное известное, что это может быть, это черная дыра. Для сержанта Объект, масса центрального объекта порядка миллиона солнечных масс, а радиус этой внутренней быстрой звезды меньше этого. Поэтому делаем вывод, что объект в середине Млечного Пути — черная дыра.
любопытный разум
MSalters