¿Puede la tierra escapar de la gravedad del sol con la ayuda de un agujero negro que se dirige hacia nuestro sistema solar?

No hay necesidad de plantear la hipótesis de un agujero negro. La gravedad de un agujero negro es indistinguible de la de una estrella de tamaño similar, excepto en la región que rodea de cerca el horizonte de eventos.

Los agujeros negros no pueden tener solo 1 masa solar, no existe un mecanismo conocido que pueda causar que un objeto de una sola masa solar sufra un colapso completo. Los agujeros negros tienen al menos tres veces la masa del sol.

Entonces, ¿podría una estrella masiva interrumpir la órbita de la Tierra? Sí podría Si la estrella pasara por la Tierra, podría causar un efecto de honda, transfiriendo parte de su impulso a la Tierra, lo que podría hacer que la Tierra abandone la órbita solar.

En la situación precisa que usted describe, la Tierra viajaría inicialmente en línea recta, pero luego seguiría un camino complejo y posiblemente caótico, a medida que el sol y el agujero negro se cruzan. Es muy posible que la Tierra pueda ser expulsada o transferida a una órbita del agujero negro en ese caso.

Afortunadamente, las brechas entre las estrellas son tan grandes (y los agujeros negros aún más espaciados) que en los casi 5 mil millones de años de la Tierra, ninguno se ha acercado lo suficiente como para causar una interrupción importante en la Tierra (lo sabemos porque todavía estamos aquí).

Estoy pensando, esta es la esencia de tu pregunta.

La Tierra siente una fuerza neta cero. ¿Ayudará a la tierra a volar lejos?

Primero, la fuerza gravitacional neta cero entre dos objetos grandes es ciertamente posible, bueno, no exactamente cero, no por más de un instante de todos modos, pero cerca de cero, absolutamente posible, pero si lleva a que un objeto salga volando es más complicado. Depende del movimiento relativo de los 3 objetos.

La Luna, por ejemplo, orbita alrededor de la Tierra, pero desde el punto de vista de la Luna, el Sol es unas 333.000 veces más masivo que la Tierra y unas 388 veces más lejos (en promedio) cuando la Luna está entre la Tierra y el Sol. (390 veces cuando la Luna está en el lado opuesto de la Tierra, nuevamente en promedio. Hay alguna variación allí).

Debido a que la gravedad cae con el cuadrado de la distancia, 388 veces más distante significa unas 151 000 veces menos fuerza G a esa distancia relativa, pero con 333 000 veces más masa, la Luna en realidad experimenta más del doble de atracción gravitatoria del Sol que la que recibe del Sol. Tierra, así que, aunque, desde la superficie de la Luna, la Tierra es mucho más grande que el Sol, la masa del sol es suficiente para ejercer la mayor atracción gravitatoria.

Entonces, si, por algún poder mágico, agarraras a la Tierra y detuvieras su movimiento y agarraras a la Luna y la detuvieras también, luego dejaras ir a la Luna, la Luna caería más hacia el Sol que la Tierra porque la atracción gravitacional en esa dirección es más del doble. (Pídele a este gran ser mágico que no suelte la Tierra, porque si lo hace, la Tierra también caería en el Sol).

Eso no es lo mismo que su escenario, pero señala que la gravitación neta cero no gobierna dónde termina un objeto. La Luna orbita tanto la Tierra como el Sol, y está en una órbita estable alrededor de la Tierra a pesar de que siente más gravitación del Sol. Eso es porque la Luna está dentro de la parte estable de la Esfera de la Colina de la Tierra .

Sin embargo, en su escenario, un objeto que pasa con la masa de otra estrella ciertamente podría alejar a la Tierra del Sol. Ni siquiera necesitaría alcanzar una gravitación neta cero para lograr eso, ni tendría que ser tan masivo.

La siguiente imagen muestra la Tierra orbitando alrededor del Sol. Si llevas la Gravedad neta a cero, en teoría, la "F" en el diagrama se reduce a cero y la Tierra continúa en línea recta en la dirección V durante ese período de tiempo, aumentando su distancia del Sol. Fuente

La velocidad tangencial de la Tierra relativa al sol es de 30 km/s y su velocidad de escape es solo la raíz cuadrada de 2 veces eso, aproximadamente 42,5 km/s, por lo que una aceleración de la Tierra de 12,5 km/s o mover la Tierra a una orbitar un poco fuera de la órbita de Marte y mantener la misma velocidad funcionaría (o alguna combinación de los dos).

El modelo es un poco más complicado porque una asistencia gravitacional, que también ocurriría en su escenario, y una asistencia gravitatoria pueden funcionar en ambos sentidos, aumentando o disminuyendo la velocidad orbital. Es posible, dependiendo de la dirección del paso, que una estrella que pasa pueda empujar a la Tierra más cerca del Sol, incluso pasando al exterior, si reduce la velocidad de la tierra por la ayuda de la gravedad. Alejarlo no es el único resultado posible.

Más información sobre las asistencias por gravedad aquí, cortas y más largas .

Como señala James Kilfinger, las estrellas que pasan tan cerca son extremadamente raras, por lo que este tipo de cosas, a todos los efectos prácticos, prácticamente nunca suceden. Es mucho más raro que un meteorito que mata dinosaurios, por ejemplo. Es muy poco probable.