当位于其中心的超大黑洞消失(蒸发)时,银河的形状会发生什么变化?


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银河系的中心是什么? 在这篇文章中,据说银河系中心存在一个超大质量黑洞。

在它的中心,周围有2000-4000亿颗恒星,肉眼无法察觉,也无法通过直接测量发现,上面有一个超大质量黑洞,称为射手座A *(简称Sgr A *)。银河系呈螺旋形,围绕其中心旋转,长而卷曲的手臂围绕着略微鼓起的圆盘。太阳和地球位于中心附近的这些臂之一中。科学家估计,银河系中心和Sgr A *距我们约25,000至28,000光年。整个银河系大约有100,000光年。

我们每2.5亿年围绕中心旋转一次。大概是因为BH旋转。

当黑洞在我们的银河系中死亡时,我们会被甩出公转轨道吗?

预计银河的形状会发生变化吗?会是一些不球形的不规则形状吗?


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黑洞的蒸发非常缓慢,以至于只要附近有少量气体,落水口就会超过蒸发量,并且质量会增加。
罗斯·米利肯

BHs将继续吸收CMB和恒星辐射,即使它们清除了附近的气体和灰尘也将进一步增加其质量。
Chappo没忘记Monica


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@累积:我同意,但是OP似乎在考虑周围有恒星和正常星系时黑洞正在蒸发。我的观点是,黑洞只有在该区域失去供料的区域之后,才会蒸发。
罗斯·米利肯

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@累积即使来自任何地方(CMB,其他星系)的辐射也足够强大,甚至超过了霍金辐射所造成的损失。记住,黑洞很漂亮,很黑。这是CMB前面的阴影(我们在X射线耀斑等中看到的来自其环境,而不是适当的孔)。
彼得-恢复莫妮卡

Answers:


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大概我们是因为BH而旋转。

不会。由于银河自身的总重力,银河被合为一体。黑洞只是其中的一小部分。基本上,BH无关紧要。

当黑洞在我们的银河系中消失时

最后,BH可能是我们银河系剩下的最后一件事。即使那样,它仍然要花费相当长的时间才能蒸发。大型BH的BH蒸发基本上是您能想象到的最慢的过程。

会是一些不规则形状而不是球形吗?

银河系不是球形的。它的形状更像是一个圆盘(具有一些不规则性和某些特征,例如臂等)。


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“对于大型BH而言,BH蒸发基本上是您可以想象的最慢的过程。” 有几个因素甚至比(预测的)质子衰减速率还要慢!
curiousdannii

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答:不多

银河系的中央黑洞(BH)的质量约为500万个太阳,而银河系的质量为1000亿至1万亿个太阳。因此,除了离中心非常近之外,中心BH与恒星轨道的动力学几乎无关。

但是,“黑洞消失”是什么意思?您是说通过霍金辐射蒸发吗?(这是我们所知道的唯一可以消除BH的过程,它是如此之慢,以至于银河系早已消失了很久,直到中央黑洞消失为止。)


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不要忘记霍金辐射仍然是一个理论。没有人真正看到过它。恕我直言,值得一读的是霍金在1975年通过黑洞创作的纸颗粒
约翰·杜菲尔德

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@John Duffield:看起来很有趣。但是请注意,他批评了BH的热力学解释,而霍金辐射源于在GR环境中应用量子场论。如果我对问题的理解正确,原则上讲,霍金辐射实际上并不需要BH,尽管很难想象它在其他任何地方都可以观察到。霍金辐射被认为是对热力学解释/类比/隐喻/任何事物的支持,而不是其结果。
马克·奥尔森

2
人们声称自己拥有,但是当您查看nature.com/articles/nphys3863时,您会发现它是瀑布类比,这是错误的。爱因斯坦有充分理由拒绝了Gulstrand-Painlevé坐标-我们不生活在空间缩小的Chicken Little世界中。
约翰·杜菲尔德

1
请注意,任何声称霍金辐射理论存在缺陷的论文都没有发表或引用过。实际上,作者没有出版物,但是确实有另一篇关于arXiv的论文以“ 我们的宇宙可能是一个巨大的黑洞 ” 开头。红旗!
佩拉

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@JohnDuffield请在前面加上“只是___”时说“假设”而不是“理论”
wedstrom

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绝对一无所有。

据说恒星黑洞蒸发的时间超过了质子的半衰期。银河黑洞还有多少。顺便说一句,这个时间现在正在增加,因为仅从宇宙本底辐射开始,甚至是恒星黑洞也正在增加。

在此之前,宇宙必须经过黑洞和空白空间的中间阶段。


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我认为,CMB入侵至关重要。宇宙必须足够老,以使背景比黑洞的霍金辐射还要冷,我们应该考虑到那时银河将是什么样。此外,银河系必须足够暗,以使黑洞周围的钻头的霍金辐射更冷,这可以告诉您它的外观。然后黑洞开始蒸发。这只是热力学和黑洞的大小是令人难以置信的寒冷。
史蒂夫·杰索普

我认为,因为霍金辐射是如此之小,所以即使我们忽略了CMB,只要周围有任何辐射源,净辐射通量就会向内,黑洞就会增大。现在,如果我们以此为乐,认为宇宙已经足够老了,只剩下了黑洞,并且如果我们假设某些黑洞仍然在彼此的事件视界之内,那么它们在某一时刻是否不会处于热力学平衡状态,即交换相等相互辐射量?
彼得-恢复莫妮卡

如果质子衰变,那就是-我们所知道的是,如果质子衰变了,那么半衰期必定荒谬地长。当然,假设没有其他过程最终会“破坏”黑洞。
Lu安

1
@ PeterA.Schneider不要忘记宇宙正在膨胀。即使此时黑洞恰好处于热平衡状态,膨胀也会改变这一点。在极端情况下,最终(如果时空至少继续以目前的速度增长),每个在重力作用下未与另一个黑洞绑定的黑洞将独自存在于其可观测的宇宙中。
a安

@卢安(Luaan True)。但是,我们的本地人受重力束缚,因此直到所有黑洞都落入最后一个左洞之前,射手座A *才不会孤单。较新的研究表明,射手座A *本身已经有成千上万个黑洞的半影。
彼得-恢复莫妮卡

2

为了回答这个问题,让我们看看接下来的数十亿/万亿/四万亿/?年,并了解我们的星系及其中心黑洞的大小。

与您的问题有关的第一件事是,我们的星系和仙女座碰撞并合并。这发生在数十亿年。当星系合并时,合并的星系存在,但可能具有不同的形式,合并的中心黑洞和恒星(或在某些情况下甚至一个或两个黑洞)都可能从合并的星系中甩出。但是星系会以某种形式或其他形式存在。

那是因为星系没有被其中心的黑洞束缚在一起。

规模感:质量

在我们的星系中,中央BH的质量约为4 -450万个太阳

更大的部分是恒星,气体和其他普通的重子物质(约数千亿颗恒星,尽管许多是红矮星并且比我们的太阳还小)。普通物质估计约为6000亿个太阳,约是中央黑洞质量的15万倍。

但是最大的部分是暗物质。简单地解释一下,即使考虑到以上所有质量,星系仍然没有足够大的质量来旋转。计算表明,在我们银河系中,约有85%的物质是“暗物质”-一种不是由普通原子组成的物质,但被怀疑是由除了重力以外无法相互作用的粒子组成的(因此我们无法通过辐射检测到它,它也不会形成行星,恒星或黑洞等)。暗物质大约是3.5万亿个太阳,是中央BH的质量的850,000倍。

因此,总质量(普通+暗物质)大约是4万亿个太阳,大约是中心黑洞质量的一百万倍

规模感:直径

考虑到大小而不是质量,中心BH可能是天王星轨道的大小(大约12个光小时直径)。

可见星系大约是10万光直径,或约70万次的BH大小。

暗物质晕的程度不太确定(且具有较少的限定边缘),但取决于正确的研究,其范围可能在500,000到1百万光年直径之间,或者沿这些方向延伸(从内存中),或者不到BH规模的十亿倍。

摘要

中心BH包含星系质量的约百分之一(0.0001%),直径约占20亿分之十(0.0000002%)

因此,就我们银河系目前的结构而言,中心的黑洞实际上几乎是微不足道的。这对于星系的形成可能至关重要,但是那是很久很久以前的事了。这不是我们旋转的当前原因,也不是我们停留在银河系轨道上的原因。如果它消失或明天被抛弃,除了在银河系中心直接绕BH绕行的相对较少的恒星外,什么都不会改变。我们不在那儿。我们处在螺旋臂中。

底线是,如果中央BH消失或离开我们的银河系,我们和我们的后代将永远不会注意到,除了该区域的X射线发射发生了变化(由射电望远镜检测到),还有一些非常微弱数千年来,该地区的恒星运动略有不同。就这样。

但是,正如其他答案所解释的那样,黑洞蒸发需要花费大量时间,因此实际上,将发生两件事:

  • 在数十亿到数万亿年的时间尺度上,在某些时候,合并的银河系/仙女座星系(或后继星系)将保持,合并或弹出其中心BH。尽管合并的星系可能不会是螺旋形的,但这一事件不会是星系或其中的恒星的“终结”。合并星系很常见。合并后的星系将安定下来,一切将继续。

  • 在人类无法理解的时间尺度上(数以百万计的百万分之一年),如果我们的宇宙仍然存在于其当前结构中,并且标准模型和标准宇宙论是正确的,那么中央BH 最终消失。但是星系(以及所有星系,以及大多数物质)将在很长一段时间内分解很久。


详细信息:银河系的重子物质约为人马座A *质量的150,000倍,而不是100,000,000。但这并没有太大改变;-)。
彼得-恢复莫妮卡

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我发现的资料是,普通质量约为6 x 10 ^ 11太阳质量,而人马座A *约为4至500万太阳质量。6x10 ^ 11 / 4x10 ^ 6 = 1.5x10 ^ 5 .....显然我无法进行基本的心算。固定,谢谢!
斯蒂列斯'18

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只要任何辐射源(如其他星系)都在可见范围内,宏观的黑洞就不会缩小。霍金辐射非常微弱。黑洞被称为黑洞是有原因的。实际上,对于比月球重的黑洞,仅宇宙微波背景辐射就已经超过了霍金辐射。这只是温度的函数:宇宙背景的温度为2.72 K-为了发射比吸收更多的辐射,黑洞必须更热,黑洞的质量必须小于月球的质量。太阳质量黑洞的温度为6E-8 K数量级。这意味着,即使没有任何可以吸收的物质,也没有任何特定的辐射源,巨大的黑洞仍会增长而不是缩小。

就射手座A *而言,周围有许多物质和辐射,即我们的星系,如果长时间不受干扰,它们最终将掉入黑洞。最终产生的超级duper巨大黑洞将是超级duper寒冷(大约E-19K,给定或占据几个数量级),甚至可能在很冷的微波背景下长期存在。只有当一切都被事件视域吸收或消失时,它才可能开始收缩。而且由于天气非常冷,它会非常缓慢地收缩。

但是,其他事件更有可能在此蒸发之前发生。本文描述了在不远的将来(例如1000亿年),宇宙的加速扩张将使我们陷于当地集团引力束缚的岛屿上,因为其他一切都“扩张了”。

在某个时候,这个岛上的黑洞将吸收所有周围的物质,直到只剩下轨道上的黑洞为止。由于它们通过重力波失去动能,它们最终将彼此陷入。最终方案是一个巨大的黑洞,其旋转速度非常快(使温度估算更加困难)。可以想象,在此过程中的某个时刻,背景辐射将比黑洞更冷,从而最终,越来越大的黑洞实际上开始蒸发。虽然非常非常非常缓慢。


这是否可以描述另一个宇宙的诞生?显然比我们的“当前”宇宙质量少,这可能是“天生”以同样的方式-从早期的宇宙引力岛,等
鲍勃·贾维斯-恢复莫妮卡

@BobJarvis兼容。李·斯莫林(Lee Smolin)在他的“宇宙的生命”一书中阐述并推广了约翰•惠勒和布莱斯•德威特的观念。基本概念是一个多元宇宙,其多元的宇宙种群在“时间”内演化:一些繁殖,而一些装备不足的死亡,或者至少没有繁殖。繁殖是通过黑洞进行的。任何自然定律(尤其是各种力量的力量)使得物质不凝结成黑洞的宇宙就是进化的死胡同。(Ctd。)
彼得-恢复莫妮卡

...这个优雅的论据提供了我们为什么生活在像我们这样的宇宙中的基本原理:这是能够产生黑洞并因此繁殖的进化系的后代。该论点将人类原则扩展为“普遍”原则:我们观察到的宇宙之所以存在,不仅因为它支持智慧生活,还因为它支持宇宙。顺便说一句,它还是一个整体的盖亚范式(培育环境是一个生命体)。
彼得-恢复莫妮卡

1
我怀疑CMB会降温到足以让SMB在因重力辐射而塌陷之前蒸发的时间。至少,这些事件的发生顺序并不明显
史蒂夫·林顿

@SteveLinton True ...尽管这也是一场比赛,因为只要物质掉入(包括偶发的黑洞),其余黑洞的温度就会显着降低。我的意思是,1E-8 K已经很冷了,这只是一个正常的漏洞。
彼得-恢复莫妮卡

-3

超大质量黑洞的蒸发将花费数十亿年,因此引力的吸引力将在很长的一段时间内减弱。这将导致银河系的膨胀,所有的恒星系统和气体将在宇宙中扩散。但是霍金辐射是一个非常缓慢的过程,即使到那个时候,所有恒星的燃料都可能被燃烧掉(氢),导致完全黑暗。


4
-1。这主要是不正确的。正如在其他答案中指出的那样,黑洞蒸发所花费的时间大大超过了“数十亿年”,而且银河系黑洞仅占银河系质量的一小部分,而不是将银河系凝聚在一起的东西。
Chappo还没有忘记Monica

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@Chappo甚至没有提到宏观的黑洞根本不会缩小并且只要事件地平线内没有任何东西就永远不会缩小-霍金辐射太弱了,无法弥补宇宙环境吸收的辐射。
彼得-恢复莫妮卡

确实。很高兴支持另一位在其图标/头像中使用Mandelbrot图像的SE用户:-)
Chappo尚未忘记Monica

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@Chappo真的!可以说,它们是许多级别的隐喻;-)。例如,不要回避并发症的发生
彼得-恢复莫妮卡
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