¿Todas las galaxias tienen un agujero negro en el centro?

¿Estaría en lo correcto si dijera que todas las galaxias tienen un agujero negro en el centro? Dado que otras galaxias orbitan alrededor de un punto central en una galaxia, el baricentro, ¿verdad? - Asumo que en este punto debe haber algún tirón gravitatorio insano. Que solo los agujeros negros pueden crear, ¿verdad?

(Si esto es un poco vago, ¡dímelo para que pueda aclararlo!)
Soy un completo novato en astronomía en general, así que lo siento si esta pregunta no tiene ningún sentido.

¿Por qué dices que "debe tener alguna atracción gravitacional insana"? Las cosas orbitan alrededor del baricentro porque es el centro de masa, no tiene que ser una gran concentración de masa. FWIW, para galaxias con un BH central, la masa de ese BH es una pequeña fracción de la masa de toda la galaxia. No es que BH domine la estructura gravitatoria de la galaxia, aunque, por supuesto, tiene un efecto bastante grande en las inmediaciones de BH.
¿Dónde está el agujero negro en medio de cada sistema binario que hace que las estrellas giren alrededor del baricentro? La masa de las estrellas es más que suficiente, no las necesitas para orbitar algo más. Resuelva para un sistema estelar binario y verá que el mismo mecanismo sigue funcionando para n-cuerpos.
@PM2Ring: Si bien ese es un resultado físico bastante conocido, ignora la pregunta fundamental: ¿toda esa masa estaría allí concentrada en una galaxia sin un agujero negro? ¿O son los agujeros negros esenciales para la formación de estrellas y su agrupamiento en una galaxia?
@Luaan Si la masa de las estrellas es más que suficiente, ¿eso significa que colisionarán/fusionarán?
@MSalters Claro, los agujeros negros centrales pueden ser importantes en la formación de galaxias, pero no veo cómo son relevantes para la formación de estrellas. Y luego tienes que explicar las galaxias espirales sin un BH central. ¿Perdieron su BH, por ejemplo, en una colisión? Si es así, ¿cómo lograron conservar su estructura en espiral? FWIW, todavía no tenemos una buena teoría para explicar cómo los BH súper masivos son tan masivos. Sospecho que necesitamos aprender más sobre el papel de la materia oscura para abordar estas preguntas adecuadamente.
@AndrewMorton Si solo tiene en cuenta la gravedad e ignora las ondas gravitacionales, no, las órbitas son estables. El sistema real es más complicado, porque las estrellas no son bolas de cosas inertes y perfectamente sólidas: están perdiendo grandes cantidades de masa debido a los vientos solares, por ejemplo. No estoy seguro, pero creo que las estrellas binarias de secuencia principal en realidad están expandiendo lentamente sus órbitas a medida que disminuye la masa en órbita. Se vuelve mucho más complicado una vez que agrega cosas como la evolución solar, por supuesto, pero la "espiral hacia el centro" necesita alguna forma de perder cantidades masivas de energía orbital.
¿Se aplica una aproximación del teorema de la capa a la distribución de masa en una galaxia?

Respuestas (2)

La respuesta aquí es ciertamente no. Muchas galaxias enanas (por ejemplo, las Nubes de Magallanes ) no contienen agujeros negros supermasivos, aunque algunas pueden contener agujeros negros de masa intermedia menos masivos ( Mezcua et al. 2018 ). Como son el tipo de galaxia más numeroso del universo, es muy posible que la mayoría de las galaxias, de hecho, no contengan agujeros negros supermasivos. Esto no debería ser demasiado sorprendente; Si las teorías ascendentes de la formación de agujeros negros supermasivos son correctas, muchos agujeros negros de masa intermedia deben fusionarse para formar uno masivo. Las galaxias enanas simplemente no tendrían (o no podrían formar) la población requerida, en la mayoría de los casos.

Dicho esto, se ha observado que varias galaxias enanas albergan agujeros negros supermasivos (en particular, M60-UCD1 y Hen 2-10 , entre otros). Estos han brindado, y continúan brindando, información sobre la formación y evolución de las galaxias de baja masa.

Algunos usuarios aquí también han identificado algunas galaxias masivas sin agujeros negros supermasivos, incluidas M33 y A2261-BCG . El primero tiene una protuberancia, pero la dispersión de la velocidad estelar central es baja, lo que implica que no hay un agujero negro en su núcleo ( Merritt et al. 2001 ), suponiendo que los parámetros requeridos se conozcan lo suficientemente bien. En A2261-BCG, es posible que uno o más agujeros negros supermasivos centrales fueran expulsados , dejando un núcleo "hinchado" sin un agujero negro. Tenga en cuenta, por supuesto, que esta es solo una explicación posible para la distribución observada de estrellas en A2261-BCG.

En general, un agujero negro supermasivo central no influye en la cinemática a gran escala de las estrellas y el gas dentro de una galaxia. La mayoría de los agujeros negros supermasivos son mucho menos masivos que su galaxia anfitriona; Creo que Sag A*, en el centro de la Vía Láctea, es del orden de aproximadamente el 0,001% de la masa total de la galaxia. Incluso las elípticas masivas como NGC 4889 tienen agujeros negros alrededor del 0,1% de su masa total. Hasta donde yo sé, las enanas ultracompactas tienen las proporciones más altas de masa de agujero negro a galaxia, siendo un ejemplo extremo el M60-UCD1 mencionado anteriormente.

la idea de los SMBH expulsados ​​es intrigante, dado que esto implicaría que tales objetos deambulando entre galaxias tendrán pocas posibilidades de ser detectados.
@Michael Definitivamente es una perspectiva interesante. Dicho esto, los núcleos galácticos activos expulsados ​​aún serían detectables, ya que suelen ser mucho más luminosos que sus galaxias anfitrionas, y porque deberían poder retener discos de acreción durante algún tiempo después de la eyección. HE0450-2958 podría ser un AGN expulsado (aunque la interpretación del cuásar desnudo no es bien aceptada), y SDSS J0927+2943 y 3C 186 son AGN que probablemente hayan sido expulsados, pero aún son detectables.
Vale la pena señalar que la publicación original no preguntaba sobre los agujeros negros supermasivos. Sólo viejos agujeros negros regulares. ¿Queremos decir que no hay agujeros negros en el centro de las nubes de Magallanes?

En general, se supone que la mayoría de las galaxias tienen un agujero negro en el centro. Sin embargo, hay galaxias que hemos detectado que no parecen tener un agujero negro, por lo que no es un requisito necesario o un hallazgo garantizado en todos los casos.

En los casos sin agujero negro, se ha postulado que la gravedad de las estrellas y los gases combinados es suficiente para mantener unida a la galaxia.

Incluso en galaxias con agujeros negros centrales, la gravedad de las estrellas y el gas (y la materia oscura) es suficiente para mantenerlas unidas; el agujero negro es casi siempre una fracción muy pequeña del total. (Por ejemplo, el agujero negro central de la Vía Láctea es aproximadamente una diezmilésima parte de la masa combinada de las estrellas de la Vía Láctea).
Algunas referencias estarían bien.
Límite superior de 1500 masas solares en cualquier BH posible en el centro de M33: iopscience.iop.org/article/10.1086/323481/meta
Uno pensaría que una galaxia sin agujeros negros sería tan rara como un sistema planetario sin estrellas (de la masa de nuestro sistema solar). Sí, probablemente haya algo por ahí, pero la gravedad + la colisión ocasional + tiempo suficiente, y una parte suficiente del sistema está destinada a llegar al centro de masa.
@TED ​​La teoría probablemente tendrá que revisarse, sí. Pero eso podría llevar entre un día y un milenio. Entonces, por ahora, trabajamos con los datos que obtuvimos :-)
@TED ​​Esa analogía no funciona del todo, porque sabemos que los agujeros negros en el centro de las galaxias son solo una pequeña parte de la masa de toda la galaxia. Por otro lado, los sistemas planetarios probablemente estén totalmente dominados por la masa de la(s) estrella(s), y nuestro sistema solar ya es mucho más masivo que la mayoría de los sistemas estelares. Por supuesto, nuestras observaciones de otros sistemas planetarios aún son muy limitadas, por lo que podría haber algunas sorpresas. Pero ya sabemos que puedes tener "sistemas planetarios" complejos sin una estrella, solo mira a Júpiter o Saturno.
Creo que la mayoría de las galaxias, que son galaxias enanas, no tienen agujeros negros.
Relevante xckd: what-if.xkcd.com/83 , relevante tanto para lo que @Luaan como para Rob Jeffries dijeron, nuestro sistema solar es más masivo que la mayoría de los sistemas estelares solo porque la mayoría de los sistemas estelares son enanas rojas.
Otro problema con esta respuesta (y la pregunta en sí) es la incapacidad de distinguir entre los agujeros negros estelares , que se encontrarán en cualquier lugar donde existan sus estrellas progenitoras, y los agujeros negros supermasivos (SMBH) que generalmente están involucrados en galaxias activas. núcleos (AGN). En esta lista de galaxias en nuestro vecindario local , solo una pequeña fracción tiene SMBH, mientras que supongo que casi todas tienen BH estelar.
La respuesta es engañosa. Implica que los agujeros negros supermasivos son una parte importante de lo que mantiene unidas a las galaxias. No son. La contribución del agujero negro central es muy pequeña.
¿Todas las galaxias tienen un agujero negro en el centro?
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