Was ist das Neueste, was wir über die Gravitationseffekte eines ankommenden supermassereichen Schwarzen Lochs bemerken würden?

OK, ich glaube, Ihre Frage ist, wann die rein Newtonschen Gravitationseffekte eines sich nähernden supermassereichen Schwarzen Lochs (SMBH) offensichtlich wären – wenn man die massive Verzerrung des Sternenfeldes in der Nähe ignoriert, die Strahlung von der Akkretionsscheibe ignoriert und das Feuerwerk ignoriert wenn Oort-Wolkenplanetisimals hineinfallen usw. Ignorieren Sie auch all die ausgefallenen Effekte der Allgemeinen Relativitätstheorie (obwohl sie sowieso nicht so offensichtlich sind, bis Sie dem SMBH sehr nahe kommen.)

Sie haben seine Masse nicht angegeben, also gehe ich davon aus, dass es 10 Millionen Sonnen sind. (Wir haben Beweise für SMBHs mit einer Masse von einigen Milliarden Sonnen, aber der einzige SMBH, den wir in der Nähe kennen, ist viel kleiner.) Die Antworten werden für größere oder kleinere SMBHs nicht sehr unterschiedlich sein.

Der erste zu betrachtende Effekt ist die Beschleunigung in Richtung des SMBH aufgrund seiner Schwerkraft. Die Beschleunigung skaliert linear mit der Masse und umgekehrt mit dem Quadrat der Entfernung, sodass der SMBH die gleiche Wirkung wie die Sonne bei etwa 3000-facher Entfernung hat. Dies ist größer im Vergleich zum Sonnensystem, aber ansonsten nicht allzu groß - die Umlaufgeschwindigkeit um das SMBH ist die gleiche wie die der Erde um das U-Boot bei etwa 3000 AE, was etwa 0,05 Lichtjahren entspricht.

Da sich der SMBH mit 0,01 °C durch den Weltraum bewegt, wird er sich in ein paar Wochen um ein Lichtjahr/Jahrhundert oder 0,05 Lj bewegen. Die Gravitationswirkung des SMBH auf Körper hängt von der Entfernung zum Körper ab, aber die Zeit, während der es sich innerhalb von 0,05 ly von einem Objekt befindet, beträgt nur etwa 5 Jahre. Der Bereich des Weltraums, über den es einen signifikanten Einfluss auf Bewegungen haben wird, ist also ein Zylinder entlang seiner Bahn mit einem Radius von vielleicht 0,1 bis 0,3 ly. Wenn die Ausrichtung nicht genau richtig ist, werden keine hellen Sterne beeinträchtigt, obwohl einige Rote Zwerge betroffen sein könnten.

Das bedeutet, dass wir seine Auswirkungen auf die Eigenbewegungen von Sternen wahrscheinlich erst vor 10 bis 30 Jahren bemerkt hätten, als die Instrumentierung gut genug wurde, um Positionen sehr genau zu messen und viele nahe gelegene Rote Zwerge zu überwachen. (Jetzt ist es natürlich einfach, besonders solange Gaia Daten nimmt.)

Es besteht also eine gute Chance, dass es sich für all die Hilfe benachbarter Sterne an uns heranschleicht (modulo all das Akkretionszeug natürlich!).

Der nächste Effekt, der ins Spiel kommt, wäre auf den Planeten des Sonnensystems selbst, und dies wird größtenteils auf Gezeitenkräfte zurückzuführen sein.

Körper im freien Fall spüren keine Schwerkraft, aber Unterschiede in der Schwerkraft, aber diese Differenz – die Gezeitenkräfte – skalieren als umgekehrter Würfel der Entfernung, werden also nur wichtig, wenn sich das SMBH nähert. Wie knapp? Schauen Sie sich die Hill Spheres of the Sun und ein SMBH an, obwohl dies nur dann sinnvoll ist, wenn es sich um eine kreisförmige Umlaufbahn handelt.

Eine ausreichend gute Annäherung kann gemacht werden, indem man sich die Entfernung ansieht, bei der die Änderung der Anziehungskraft des SMBH von einer Seite der Umlaufbahn eines Planeten zur anderen gleich der Anziehungskraft der Sonne ist. (Dies führt natürlich zu einer vollständigen Störung.)

Die Formel (wobei die Masse in Sonnenmassen gemessen wird und die Entfernungen in Planetenumlaufradien gemessen werden) ist R ³ /r ³ = 2M, wobei R die Entfernung des SMBH, r der Umlaufradius des Planeten und M die gemessene Masse des SMBH ist in Sonnenmassen. Da M etwa 10.000.000 beträgt, ist R etwa 300. Die Gezeiten des SMBH stören also die Umlaufbahn eines Planeten bei etwa dem 300-fachen des Umlaufradius.

Wenn das SMBH also 300-mal weiter entfernt ist als Pluto, wird es einen großen störenden Effekt auf Plutos Umlaufbahn haben, und ebenso 300-mal auf die anderen Planeten. Pluto ist etwa 40 AE entfernt, also würde das SMBH in einer Entfernung von 12.000 AE Plutos Umlaufbahn vollständig stören – das sind etwa 0,2 Lichtjahre.

Beachten Sie, dass dies die Entfernung für eine vollständige Unterbrechung der Umlaufbahn des Planeten ist. Bei einer zehnfachen Entfernung oder etwa zwei Lichtjahren würde es einen signifikanten Effekt geben. (Die weniger eng gebundenen äußeren Planeten sind zuerst betroffen. Die Umlaufbahn der Erde wird nicht gestört, bis sie innerhalb von 0,005 Lj kommt, und die Auswirkungen sind bei einem Zehntel eines Lichtjahres gering.

Aber wir sind seit Jahrhunderten sehr gut darin, Planetenumlaufbahnen zu messen, so dass wir sogar vor einem Jahrhundert in der Lage gewesen wären, die Gezeiteneffekte des SMBH auf Planetenumlaufbahnen zu erkennen, während es noch viele Lichtjahre und damit viele Jahrhunderte entfernt ist .

Vielleicht ist es doch nicht so gut, sich an uns heranzuschleichen!

Die ausgefallenen Effekte – Zeitdilatation, Frame-Dragging usw. – sind nur wenige Schwarzschild-Radien entfernt signifikant, was für ein SMBH mit 10.000.000 Sonnenmassen einige AE wären. Diese Effekte würden definitiv erst lange nach dem der SMBH sich auf andere Weise unserer Aufmerksamkeit aufgedrängt hätte, zum Tragen kommen.

Es kommt darauf an, wie massiv es ist. Nehmen wir an, es kommt senkrecht zum Sonnensystem und irgendetwas in uns blockiert unsere Sicht, oder wir schauen aus irgendeinem Grund nicht hin.

Lassen Sie uns der Einfachheit halber diese Anziehungskraft von der Sonne als 1 über eine Entfernung von 1 astronomischen Einheit zuweisen. Wir würden die gleiche Anziehungskraft spüren wie die Anziehungskraft der Sonne nach dem Gesetz des umgekehrten Quadrats. Wenn Ihr supermassives Schwarzes Loch so massiv ist wie ein Schwarzes Loch im Zentrum unserer Galaxie, gehen meine Berechnungen so:

Schütze A* 4,3×10^6 Sonnenmassen

1 = 4,3×10^6 / x^2 x = (4,3×10^6) ^0,5 = 2073 AU ~ 0,033 Lichtjahre, also kommt er mit 1% Lichtgeschwindigkeit mit dir und wird uns in 3,3 Jahren verschlingen

Wenn wir das größte supermassereiche Schwarze Loch TON 618 mit 6,6 × 10 ^ 10 Sonnenmassen nehmen, wäre die Entfernung 812.403 AE ~ 13 Lichtjahre und es wird uns in 1300 Jahren verschlingen.

All dies setzt voraus, dass wir nicht weit davor auseinandergerissen oder in den intergalaktischen Raum geworfen werden.

Ich nehme an, Sie meinen den Moment, in dem wir das Schwarze Loch bemerken konnten, ohne das Schwarze Loch selbst beobachten zu können. Das bedeutet, dass wir in Ihrem Szenario keine Gravitationslinsen oder andere optische oder ähnliche strahlenähnliche Effekte verwenden können. Wenn also das Loch selbst nicht beobachtbar wäre, sondern nur die Gravitationseffekte, wäre der beste Hinweis darauf, dass sich die Zeit in Feldern mit hoher Gravitation relativ verlangsamt. Dies würde dazu führen, dass der Rest des Universums scheinbar schneller wird. Dies könnte beobachtet werden und diese Beobachtung könnte zur Erkenntnis der Existenz des besagten Gravitationsobjekts führen.

Wenn Sie wissen wollten, wann wir das Schwarze Loch spüren würden, wäre die Antwort: Wenn es die Welt auseinanderreißt, was meiner bescheidenen Meinung nach kein so großartiges Szenario ist.

BEARBEITEN: Wie in den Kommentaren erwähnt, muss ich die Antwort auf die Frage hinzufügen, wie viel Zeit die Menschheit nach der Entdeckung haben würde: Und leider kann die Antwort nicht richtig definiert werden. Aufgrund der starken Zeitverzerrung bei einer solchen Schwerkraft ist es fast unmöglich, die genaue Zeit zu definieren, da diese Zeitspanne relativ variiert. Was für Sie als Autor den Vorteil hat, dass Sie den Zeitraum selbst bestimmen können. Für jede Zeitspanne wäre das Ereignis wohl gültig.