Si la gravedad es atractiva, ¿por qué no se contrae la Vía Láctea?

Tanto la energía como el momento angular deben conservarse.

En el caso de la Vía Láctea (y el Sistema Solar), una configuración más compacta tendría una energía potencial gravitatoria numéricamente menor.

Esto significa que llegar a la configuración más compacta requeriría que el sistema pierda energía. La pregunta entonces es ¿cómo se puede perder esa energía y en qué escala de tiempo?

Ni en los casos de la Vía Láctea, donde las estrellas orbitan sin colisiones a través de un medio interestelar muy escaso, ni en el Sistema Solar, donde los planetas orbitan sin interacción directa, existe un mecanismo de pérdida de energía lo suficientemente rápido como para provocar una contracción significativa. en plazos interesantes.

En términos de cosmología, la idea de introducir una constante cosmológica para obtener un universo estático se aplica a escalas cosmológicas cuando se supone que la materia es isotrópica y homogénea y solo considera las interacciones gravitatorias. La aplicabilidad de algún tipo de expansión o contracción escalada del universo en escalas más pequeñas que las estructuras unidas gravitacionalmente es cuestionable y puede encontrar varios duplicados de eso en Physics SE. Sin embargo, sabemos que la energía dentro de un sistema cerrado como el Sistema Solar o la Vía Láctea debe conservarse, por lo que cualquier contracción debe "pagarse" arrojando esa energía en alguna parte.

Como punto final, se deben conservar tanto la energía como el momento angular. En la física newtoniana y GR, los componentes de la Vía Láctea y el Sistema Solar no pueden moverse a configuraciones más compactas sin perder momento angular y energía. Incluso la hipótesis de que el Sistema Solar podría convertirse en última instancia en un agujero negro de rotación rápida requiere que se pierda tanto la energía como el momento angular. El momento angular del Sol es de aproximadamente$J = 2\times 10^{41}$kg m$^2$s$^{-1}$. Un agujero negro que gira al máximo tiene$J = GM^2/c$, cual es$8\times 10^{41}$kg m$^2$s$^{-1}$por la masa del Sol. Por lo tanto, mientras que el Sol podría colapsar en un agujero negro conservando el momento angular, no podría llevar consigo al resto del Sistema Solar, porque hay alrededor de 4 órdenes de magnitud más de momento angular en el Sistema Solar en su conjunto, con muy poca masa adicional.

Si todos los planetas de nuestro sistema solar y todas las estrellas de la Vía Láctea se contrajeran en un volumen más pequeño, tendríamos una gran pérdida de energía y momento angular . Estas son cantidades conservadas, por lo que lo que sugiere contradiría las leyes de conservación de la energía y el momento angular.

Primero, tiene razón en que los planetas continúan girando alrededor del sol para conservar el momento angular. Se cree que el sistema solar comenzó con una nube esencialmente de gas y polvo que con el tiempo se condensó para formar los planetas y nuestro sol. A medida que esta nube comenzó a colapsar hacia adentro, toda esta materia comenzó a asentarse en un disco giratorio con un gran bulto en el centro: el Sol. Un mayor colapso provocó la formación de los planetas. Este proceso se llama acreción . El punto es que había un momento angular presente en ese entonces, y todavía lo hay (conservado) ahora, lo que significa que los planetas deben mantener sus órbitas estables (y el sol mantiene su propio momento angular de rotación, al igual que todos los planetas) .

La formación y el movimiento de la Vía Láctea también se basa en la conservación del momento angular (y la energía y el momento lineal) de los objetos en movimiento dentro de ella, aunque su formación es más complicada , y esta vez tenemos muchas estrellas (y tal vez planetas que giran alrededor de ella). ellos) girando alrededor del centro de un agujero negro. La expansión universal probablemente tenga algo que ver con la expansión de la galaxia desde su centro, aunque en relación con la expansión general del universo (que hace que las galaxias se alejen unas de otras), la Vía Láctea se mueve a$\approx 600 km/s$.

Se desconoce si la energía oscura es un factor contribuyente significativo (no tengo conocimiento de ningún experimento o datos que sugieran que la energía oscura causa parte de la estabilidad, o incluso la expansión, de nuestra galaxia o sistema solar), aunque su comportamiento en escalas cosmológicas es más obvio (si realmente existe).

ya que la Vía Láctea (Sistema Solar) aún podría colapsar mientras haya un agujero negro central (Sol) que gire muy rápido.

Un agujero negro es destructivo solo cuando los cuerpos están cerca del horizonte de eventos. Un agujero negro desde una gran distancia es como cualquier otro objeto que tiene la misma masa. No aplastará cosas contra él desde tales distancias. Su fuerza gravitacional se comporta igual que cualquier otra cosa con masa similar. Si el sol se convirtiera repentinamente en un agujero negro, aparte de la oscuridad, no sucedería nada más, y la Tierra y todos los planetas continuarían orbitándolo exactamente de la misma manera que antes de que esto sucediera. La misma lógica también se aplicaría a nuestra galaxia con un agujero negro en el centro. Los agujeros negros son destructivos (en el sentido de aplastar cosas contra ellos) solo en regiones cercanas o en el horizonte de eventos.

Uno puede pensar en una galaxia como un disco de acreción de gran tamaño de su agujero negro central.

Eventualmente, en un futuro bastante distante, la parte interna de la galaxia se acumulará, la parte externa se llevará el momento angular adicional. Posiblemente, parte de la materia será expulsada por los chorros polares. La energía adicional se irradiará en forma de calor.

Por otro lado, la escala de tiempo de este proceso es mucho más larga que la edad del universo actualmente aceptada.