¿Puede la materia volar directamente a un agujero negro y evitar el disco de acreción?

Por lo que entiende mi mente no entrenada científicamente, la materia generalmente ingresa a un agujero negro al quedar atrapada en el disco de acreción yendo más rápido y más cerca del agujero negro hasta que pasa el horizonte de eventos, el punto de no retorno. Usando la Tierra como una analogía para un agujero negro, asumo que el disco de acreción orbitaría alrededor del ecuador, similar a los anillos de Saturno, y que la materia eventualmente podría estrellarse contra Brasil o en algún lugar a lo largo del ecuador.

Mi pregunta principal es, ¿puede la materia simplemente hacer un tiro directo al agujero negro en una latitud más alta, digamos directamente a la ciudad de Nueva York, evitando el disco por completo?

Como probablemente pueda ver por mi analogía simplista, soy un completo laico. Si bien se puede esperar una jerga elegante y ecuaciones de aspecto artístico (lo cual está bien), también reduzca al nivel de comprensión científica de un estudiante de administración de empresas inteligente promedio.

Respuestas (2)

En tu analogía: un satélite permanece en órbita porque tiene un momento angular. Esto siempre equilibra la fuerza de la gravedad, por lo que cuando estás en el satélite (o en la ISS) parece que no tienes peso, porque la fuerza equilibra. Esto es muy importante de entender, porque es la razón por la que en el espacio todos los movimientos orbitales pueden, en principio, continuar para siempre. Porque el momento angular se conserva.

Ahora, para chocar contra la Tierra / BH, debe tener un momento angular muy bajo (que es equivalente a tener solo un momento lineal directamente hacia BH) o debe perder el momento angular de alguna manera.
Cerca de la Tierra, esto le sucede a la ISS , porque tiene una órbita terrestre baja entre 350 y 450 km y, a esta altura, todavía hay suficientes partículas atmosféricas alrededor para producir resistencia.

Alrededor de los agujeros negros es algo muy similar.
Definiré el radio de Schwarzschild R s = GRAMO METRO C 2 como una escala de longitud relevante. Entonces, mientras estemos afuera 3 R s distancia del BH, necesitamos, como en la Tierra, fricción para disipar nuestro momento angular. En el caso de los discos de acreción que se forman alrededor de los BH, esto se puede lograr a través de la disipación turbulenta, como se establece en el famoso artículo de Shakura y Sunyaev .

Entonces, sólo muy cerca de la BH, es decir, a una distancia < 3 R s , las distorsiones del espacio-tiempo nos ayudan a caer en el BH sin necesidad de ninguna fuente adicional de fricción. Como puede ver, esta es una región muy cercana al Agujero Negro y está tergiversado en los relatos populares de los BH de que toda la materia que lo orbita caerá mágicamente en él.

Gracias por su respuesta. Todavía estoy confundido si estás diciendo si es posible o no. ¿Puedo disparar una bala proverbial hacia abajo, sin ángulos, en la ciudad de Nueva York del agujero negro y darle?
Sí se puede, si se apunta bien. El punto de mi respuesta fue que, por lo general, en el espacio esto no sucederá, por lo que la materia que cae en general necesita fricción, antes de que el BH pueda tomar el control y 'devorarla'. Por eso en la naturaleza sueles tener el disco.
¿Por qué un disco y no un orbe de acreción? Nunca entendí por qué las cosas en un espacio 3D (sistemas solares, anillos planetarios, etc.) tienden a terminar más o menos en el mismo plano de la eclíptica. Tal vez esa sea una pregunta completamente diferente pero algo relacionada ya que mi "bala" entra en un ángulo diferente al del disco de acreción.
¿Es porque los BH, las estrellas, los planetas, etc. giran sobre su eje, por lo que no son esferas perfectas y se abultan un poco en sus ecuadores debido a la fuerza centrífuga, por lo que tienen una mayor fuerza gravitatoria en el medio alrededor del ecuador? Tal vez solo respondí mi propia pregunta pensando en ello lógicamente.
@iMerchant: No estoy seguro si entiendo bien su pregunta, pero suena como algo que me confundió mucho como estudiante universitario: ¿Cómo puede una gota de masa esféricamente simétrica colapsar en un disco? Eso no tendría mucho sentido. Bueno, la solución es que en realidad nada es perfectamente simétrico esféricamente. Las pequeñas asimetrías se amplificarán a medida que la nube de gas colapsa radialmente y definirán una dirección de rotación neta para toda la nube. Después de eso, es solo una cuestión de fricción llevar la materia al plano medio del futuro disco. No tiene nada que ver con mayores fuerzas de gravedad.
@iMerchant: Una respuesta que toca lo que escribí también está aquí physics.stackexchange.com/questions/18004/…
@iMerchant El disco no orbe ya se preguntó y respondió aquí, pero para una explicación rápida, me gusta este: youtube.com/watch?v=tmNXKqeUtJM

Supongo que es ciertamente posible, sin embargo, es muy poco probable. En primer lugar, necesitaría que su asunto cayera directamente, lo que significa que tendría que viajar directamente al BH. Cualquier movimiento ligeramente hacia un lado, y comenzará a orbitar y en espiral hacia el agujero negro. Ese es un objetivo bastante pequeño, por lo que ya haría que este escenario no sea muy plausible.

Sin embargo, su principal problema será el hecho de que (1) los agujeros negros generalmente tienen campos magnéticos y (2) los agujeros negros también suelen girar. Lo que esto significa es que cualquier cosa que intente ingresar al agujero negro tenderá a ser arrastrada y arrastrada junto con el campo magnético giratorio, lo que hará que comience a entrar en espiral. Por supuesto, podría decir que el material que cae es neutral y, por lo tanto, no t interactúa con el campo, pero no hay forma de que permanezca neutral todo el tiempo. En algún momento, la fricción al caer lo convertirá en un plasma y luego se "unirá" al campo magnético. Si tiene conocimiento sobre sus campos magnéticos, puede sugerir que lo hagan de modo que esta materia simplemente pueda caer en los polos magnéticos, ya que no estaría sujeta a ser arrastrada por el campo magnético. Desafortunadamente,

En resumen, podría ser posible idear algún escenario en el que la materia simplemente "se deje caer" en el agujero negro, pero las circunstancias para que tal evento ocurra son extremadamente raras y probablemente se arruinen si el agujero negro está girando o tiene un campo magnético. campo (que casi todos lo hacen).

No estoy seguro de la parte de convertirse en un plasma. No hay mucha fricción, a menos que interactúes con el disco de acreción. Alrededor de un agujero negro estelar, las fuerzas de marea pueden ser suficientes para convertirte en un plasma (?), pero las fuerzas de marea en el horizonte de eventos de un agujero negro supermasivo no son muy altas.
@JamesK Tampoco estoy seguro, pero anticipo que ciertamente es posible. Mi suposición es que el material que cae se volverá turbulento y potencialmente se calentará lo suficiente como para ionizarse. Incluso si no es un plasma completo, algo de ionización podría ser suficiente para causar los efectos de los que estaba hablando, especialmente si el material es lo suficientemente denso como para que el material ionizado y no se pueda desacoplar. Creo que cualquier comentario sobre este tema será especulativo en el mejor de los casos sin simulaciones de cuerpo N completo o algo así.
@JamesK: Creo que el disco normalmente debería producir una buena cantidad de emisión X y UV, para BH de unas pocas masas solares. Dependiendo de la eficiencia de la acumulación, esto puede ser hasta una fracción porcentual de la luminosidad de Eddington. Esto será suficiente para ionizar todo lo que entre y no esté en el plano medio del disco de acreción.
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