Zunächst entschuldigen Sie bitte mein elementares Wissen und meinen Mangel an Eloquenz, wenn ich über Astrophysik schreibe. Ich bin Zahnarzt und denke gelegentlich darüber nach, wie das Universum funktioniert. Ich bin sowohl fasziniert als auch frustriert von all den Fragen, die sich stellen, nachdem ich mehr gelernt habe.
Ich habe mir gerade ein Video angesehen, das die elliptischen Umlaufbahnen von Sternen in der Nähe des supermassiven Schwarzen Lochs in unserem galaktischen Zentrum zeigt. Wenn sie sich um das Schwarze Loch drehen, werden sie natürlich mit enormer Geschwindigkeit wieder herausgeschleudert. Eine Animation einer großen Gaswolke, die sich dem Schwarzen Loch nähert, zeigte, wie das Gas herumwirbeln würde, nachdem einige in das Loch eingedrungen und andere in den Weltraum geschleudert worden waren, und veranschaulichte so, wie die massive Änderung der Beschleunigungseffekte mit weniger Masse als die Gesamtheit eines Sterns eine Rolle spielt .
Ich habe mich gefragt, wie sich das auf Kräfte übertragen lässt, wie wir sie auf der Erde kennen. Was zum Beispiel (hypothetisch) mit einem Menschen passieren würde, der auf der Oberfläche eines Sterns steht, wenn er heftig in seiner Umlaufbahn um das Schwarze Loch herumgeschleudert wird. Natürlich verstehe ich, dass die Masse und die Schwerkraft der Sterne um ein Vielfaches größer sind als die der Erde, die Sterne sich nicht wie die Erde drehen und es nicht möglich ist, auf der Oberfläche eines Sterns zu stehen usw. usw. (Bitte gewähren Sie mir eine TONNE von Annahmen hier.) Ich fragte mich jedoch immer noch, wie sich die Kräfte "anfühlen" würden. zu einem Objekt meiner Masse (80 kg), das auf der Oberfläche des Sterns entweder auf der nahen oder fernen Seite relativ zum Schwarzen Loch während der gesamten Umlaufbahn saß? Was würde passieren, wenn die Erde solchen Kräften und Beschleunigungsänderungen ausgesetzt wäre? Funktioniert die Trägheit eines so umlaufenden Sterns überhaupt so wie auf der Erde? „Saugt“ das Schwarze Loch Materie mit geringerer Masse auf einem Stern ein, selbst wenn er sich außerhalb des Ereignishorizonts befindet, oder würde die kombinierte Schwerkraft des Sterns und die „G-Kraft“ der schnellen Drehung allein alles auf einer Seite zerschmettern und alles auf der anderen Seite nach außen werfen? Was passiert mit den Fliehkräften bei diesen plötzlichen Rotationsänderungen? Oder würde die kombinierte Schwerkraft des Sterns und die "G-Kraft" der schnellen Drehung allein alles auf einer Seite zerschmettern und auf der anderen Seite alles nach außen werfen? Was passiert mit den Fliehkräften bei diesen plötzlichen Rotationsänderungen? Oder würde die kombinierte Schwerkraft des Sterns und die "G-Kraft" der schnellen Drehung allein alles auf einer Seite zerschmettern und auf der anderen Seite alles nach außen werfen? Was passiert mit den Fliehkräften bei diesen plötzlichen Rotationsänderungen?
Ich weiß, das ist viel zu fragen und zu erklären, aber es wäre sehr dankbar, wenn jemand etwas Licht ins Dunkel bringen könnte.
Es gibt nichts wirklich Besonderes an großen Umlaufbahnen. Unsere Sonne umkreist das Schwarze Loch in der Milchstraße. Es ist weit genug entfernt, dass kein ungewöhnliches Verhalten vorliegt.
Und selbst bei viel näheren Starts ist die Geschwindigkeit, mit der sie weggeschleudert werden, genauso schnell, wie sie ursprünglich auf das Schwarze Loch zugefallen sind. Der Energieerhaltungssatz gilt immer noch.
Interessant wird es, wenn man dem Schwarzen Loch nahe genug kommt. Hier wird der Gravitationsgradient relevant. Wenn Sie nur ein bisschen näher kommen, nimmt die Stärke der Schwerkraft ziemlich schnell zu. Das bedeutet, dass die engsten Teile eines Sterns vom Schwarzen Loch abgerissen werden. Dies ist der Prozess, der diese Wirbel erzeugt. Es wird manchmal Spaghettification genannt
Die Grundidee sind Gezeitenkräfte. Bei einem Körper, der eine beliebige Masse umkreist, einschließlich eines Schwarzen Lochs, wird der nähere Teil stärker angezogen als der entferntere Teil. In der Newtonschen Gravitation (nahe genug für sehr große schwarze Löcher außerhalb) entspricht dies einer differentiellen Beschleunigung von , Wo ist die Masse der primären, ist die Entfernung über das umlaufende Objekt und ist der Abstand vom Zentrum. Wenn der umlaufende Körper stark genug ist, um dieser Kraft zu widerstehen, können Sie ihn (ziemlich) als Massenpunkt betrachten und die Umlaufbahn berechnen. Wenn es nicht stark genug ist, wird es auseinandergezogen. Da skaliert der Ereignishorizontradius eines Schwarzen Lochs mit , für ein sehr großes Schwarzes Loch sind die Gezeiten nicht so stark.
Die Umlaufbahnen in dem Video, das Sie gesehen haben, sind praktisch die gleichen wie die Umlaufbahnen von Objekten wie dem Halleyschen Kometen – dank Keplers zweitem Gesetz bewegt sich das Objekt viel schneller, wenn es sich in der Nähe befindet, als wenn es sich befindet weit.
Warum zeigt dies also ein Schwarzes Loch?
Nun, der Grund ist die Tatsache, dass die Geschwindigkeit der Objekte von ihrer Masse und der Masse des Objekts abhängt, das sie umkreisen. Wenn sich mehrere Objekte mit bekannter Geschwindigkeit bewegen, können wir die Masse des zentralen Objekts ableiten. Darüber hinaus können wir die Größe des zentralen Objekts einschränken, da es innerhalb der Umlaufbahn des innersten Objekts liegen muss.
Insbesondere, wenn das Objekt einen Radius hat, der kleiner ist als , dann ist das einzig bekannte, was es sein kann, ein schwarzes Loch. Für die Sgr Ein Objekt, die Masse des zentralen Objekts liegt in der Größenordnung von einer Million Sonnenmassen, und dieser innere, schnelle Stern hat einen Radius von weniger als diesem. Daher schließen wir, dass das Objekt in der Mitte der Milchstraße ein Schwarzes Loch ist.
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