¿Qué es lo último que notaríamos de los efectos gravitatorios del agujero negro supermasivo entrante?

Bien, creo que su pregunta es cuándo serían evidentes los efectos gravitatorios puramente newtonianos de un agujero negro supermasivo (SMBH) que se aproxima, ignorando la distorsión masiva del campo estelar cercano, ignorando la radiación del disco de acreción e ignorando los fuegos artificiales. a medida que los planetesimales de la nube de Oort caen en él, etc. Ignore también todos los efectos de la relatividad general (aunque de todos modos no serán tan evidentes hasta que se acerque mucho al SMBH).

No especificaste su masa, así que supondré que son 10 millones de soles. (Tenemos evidencia de SMBH del tamaño de unos pocos miles de millones de soles, pero el único SMBH que conocemos cercano es mucho más pequeño). Las respuestas no serán muy diferentes para SMBH más grandes o más pequeños.

El primer efecto a observar es la aceleración hacia el SMBH debido a su gravedad. La aceleración escala linealmente con la masa e inversamente con el cuadrado de la distancia, por lo que el SMBH tiene el mismo efecto que el Sol a unas 3000 veces la distancia. Esto es más grande en comparación con el sistema solar, pero no tan grande de lo contrario: la velocidad orbital alrededor del SMBH es la misma que la de la Tierra alrededor del submarino a aproximadamente 3000 AU, que es aproximadamente 0,05 años luz.

Dado que el SMBH se mueve por el espacio a 0,01 c, se moverá un año luz/siglo o 0,05 ly en un par de semanas. El impacto gravitatorio del SMBH sobre los cuerpos dependerá de la distancia al cuerpo, pero el tiempo durante el cual se encuentra dentro de 0,05 ly de cualquier objeto será de solo unos 5 años. Entonces, la región del espacio sobre la cual tendrá un efecto significativo en los movimientos es un cilindro a lo largo de su trayectoria, de un radio de 0.1 a 0.3 ly. A menos que la alineación sea la correcta, no habrá estrellas brillantes afectadas, aunque algunas enanas rojas podrían verse afectadas.

Eso significa que probablemente no hubiéramos notado sus efectos en los movimientos propios de las estrellas hasta hace 10 o 30 años, cuando la instrumentación se volvió lo suficientemente buena para medir posiciones con mucha precisión y monitorear muchas enanas rojas cercanas. (Ahora, por supuesto, es fácil, especialmente mientras Gaia esté tomando datos).

Por lo tanto, existe una posibilidad decente de que pueda acercarse sigilosamente a nosotros (¡módulo a todas las cosas de acreción, por supuesto!) Por toda la ayuda que brindan las estrellas vecinas.

El próximo efecto que entraría en juego sería sobre los planetas del propio sistema solar, y esto se debe en gran medida a las fuerzas de las mareas.

Los cuerpos en caída libre no sienten la gravedad, pero sí sienten diferencias en la gravedad, pero estas diferencias, las fuerzas de marea, se escalan como el cubo inverso de la distancia, por lo que solo se vuelven importantes a medida que el SMBH se acerca. ¿Qué cerca? Mire las Hill Spheres of the Sun y un SMBH, aunque esto solo tiene mucho sentido si hay una órbita circular involucrada.

Se puede hacer una aproximación lo suficientemente buena observando la distancia donde el cambio en la atracción gravitatoria del SMBH de un lado de la órbita de un planeta al otro es igual a la atracción del Sol. (Esto da como resultado una interrupción completa, por supuesto).

La fórmula (donde la masa se mide en masas solares y las distancias se miden en radios orbitales planetarios) es R ³ /r ³ =2M, donde R es la distancia del SMBH, r es el radio orbital del planeta y M es la masa del SMBH medida en masas solares. Dado que, según la hipótesis, M es aproximadamente 10 000 000, entonces R es aproximadamente 300. Entonces, las mareas del SMBH interrumpen la órbita de un planeta en aproximadamente 300 veces el radio orbital.

Entonces, cuando el SMBH esté 300 veces más lejos que Plutón, tendrá un gran efecto perturbador en la órbita de Plutón, y también 300 veces más para los otros planetas. Plutón está a unas 40 AU de distancia, por lo que a una distancia de 12.000 AU, el SMBH interrumpiría por completo la órbita de Plutón, eso es aproximadamente 0,2 años luz.

Tenga en cuenta que esta es la distancia para una interrupción completa de la órbita del planeta. Habría un efecto significativo a 10 veces esa distancia o alrededor de dos años luz. (Los planetas exteriores menos unidos se ven afectados primero. La órbita de la Tierra no se interrumpe hasta que se acerca a .005 ly y los efectos son pequeños a una décima parte de un año luz.

Pero hemos sido muy buenos midiendo órbitas planetarias durante siglos, por lo que incluso hace un siglo, habríamos podido detectar los efectos de las mareas del SMBH en las órbitas planetarias mientras todavía están a muchos años luz de distancia y, por lo tanto, a muchos siglos de distancia .

¡Quizás no sea tan bueno acercarse sigilosamente a nosotros después de todo!

Los efectos de fantasía: la dilatación del tiempo, el arrastre de marcos, etc., son significativos solo a unos pocos radios de Schwarzschild de distancia, lo que para un SMBH de 10,000,000 de masa solar, sería unas pocas UA. Estos efectos definitivamente no entrarían en juego hasta mucho después de que el SMBH hubiera llamado nuestra atención por otros medios.

Depende de lo masivo que sea. Digamos que viene perpendicular al sistema solar y hay algo entre nosotros que bloquea nuestra vista, o no estamos mirando por la razón que elijas.

Para simplificar, asignemos ese tirón gravitacional del Sol como 1 sobre una distancia de 1 unidad astronómica. Sentiríamos el mismo tirón que el tirón del sol según la ley del inverso del cuadrado. Si su agujero negro súper masivo es tan masivo como el agujero negro en el centro de nuestra galaxia, mis cálculos son así:

Sagitario A* 4.3×10^6 Masas solares

1 = 4,3 × 10 ^ 6 / x ^ 2 x = (4,3 × 10 ^ 6) ^ 0,5 = 2073 AU ~ 0,033 años luz, así que viniendo contigo al 1% de la velocidad de la luz nos tragará en 3,3 años

Si tomamos el agujero negro supermasivo más grande TON 618 6.6 × 10 ^ 10 masas solares, la distancia sería 812, 403 AU ~ 13 años luz y nos tragará en 1300 años.

Todo esto supone que no somos destrozados mucho antes que él, ni arrojados al espacio intergaláctico.

Supongo que te refieres al momento en que pudimos notar el agujero negro sin poder observar el agujero negro en sí. Lo que significa que en su escenario no podemos usar lentes gravitacionales u otros efectos ópticos o similares de rayos. Entonces, si el agujero en sí no fuera observable, sino solo los efectos gravitatorios, la mejor indicación sería que el tiempo se ralentiza relativamente en campos con alta gravedad. Esto llevaría al efecto de que el resto del Universo parecería acelerarse. Esto podría ser observado y esta observación podría conducir a la realización de la existencia de dicho objeto gravitacional.

Si quisiera saber cuándo sentiríamos el agujero negro, la respuesta sería: cuando desgarra el mundo, lo cual, en mi modesta opinión, no es un escenario tan bueno.

EDITAR: como se señaló en los comentarios, necesito agregar la respuesta a la pregunta sobre cuánto tiempo tendría la humanidad después del descubrimiento: y lamentablemente, la respuesta no se puede definir correctamente. Debido a la fuerte distorsión del tiempo en tal gravedad, es casi imposible definir el tiempo exacto ya que varía relativamente este lapso de tiempo. Lo cual tiene la ventaja para usted como autor de que puede definir el intervalo de tiempo. Para cada lapso de tiempo, el evento podría decirse que es válido.