Astronomía

¿Orbitando un agujero negro supermasivo o un centro de masa galáctico?

¿Orbitando un agujero negro supermasivo o un centro de masa galáctico?


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Una de las formas en que miden el (¿supuesto?) Agujero negro supermasivo en el centro galáctico de la Vía Láctea es medir esas decenas de estrellas justo en el centro galáctico que orbitan lo que parece ser nada, pero lo que se dice que es un agujero negro supermasivo.

Mi pregunta es por qué hay una distinción entre todas las demás estrellas de la galaxia en órbita (por ejemplo, nuestro propio sol) y las pocas que están cerca del centro galáctico en órbita. Mi punto es que, si preguntas qué órbita de nuestro sistema solar, un astrónomo no diría "el agujero negro supermasivo en el centro", diría "el centro de masa galáctico". Mi suposición es que ni siquiera se podría calcular la masa del agujero negro supermasivo conociendo la masa y la órbita de nuestro sol; la gente probablemente diría que estamos demasiado lejos o que estamos orbitando el centro de masa galáctico en lugar del agujero negro. yadda yadda.

Preguntas:

1) ¿Por qué la distinción? ¿Cómo sabemos que las estrellas justo en el centro galáctico no están también orbitando el centro de masa galáctico frente al agujero negro supermasivo?

2) ¿Qué pasaría si eliminaras mágicamente el agujero negro supermasivo en un instante? ¿Continuarían las estrellas justo en el centro orbitando el centro? Si es así, ¿en qué se diferencia de lo que estaban haciendo originalmente?

Tenga en cuenta que sé que el centro de masa de la galaxia y el agujero negro supermasivo son dos cosas diferentes. También sé que el centro de masa de la galaxia está superpuesto al agujero negro supermasivo o muy cerca de él. Solo quiero saber cómo o por qué algunos objetos sienten el centro de masa de la galaxia y responden a él, mientras que otros sienten la atracción del agujero negro supermasivo y responden a él. ¿A qué distancia tienes que estar para que te consideren "orbitando el centro de masa" en lugar de "orbitando el agujero negro supermasivo"?


1) Es la masa interna a la órbita la que determina las velocidades orbitales. Estas estrellas están tan cerca del centro que la cantidad de masa de estrellas abultadas contenida dentro de la órbita sería insignificante en comparación con la BH. 2) Si el BH desapareciera, estas estrellas entrarían en órbitas muy radiales a distancias mucho mayores. Esa distancia sería aproximadamente donde la masa de las estrellas del bulbo / núcleo y el gas es igual a la masa del BH.


En una primera aproximación, cuando calculamos qué tan rápido está orbitando un objeto alrededor de alguna distribución de masa, podemos suponer que la atracción gravitacional que experimenta es solo que se debe a la masa interior a su órbita.

Esta aproximación, conocida como el teorema de la capa, solo debe aplicarse cuando la distribución de masa es esféricamente simétrica o cuando la mayor parte de la masa está bien concentrada dentro de la órbita del objeto.

La protuberancia de nuestra galaxia puede considerarse aproximadamente simétrica esféricamente, y parece que la distribución de masa está fuertemente concentrada hacia el centro. Por lo tanto, podemos decir que la fuerza centrípeta en un objeto en órbita es proporcionada por la fuerza gravitacional debido al interior de la masa a su (nuevamente, estoy asumiendo una órbita circular por el bien de la argumentación, pero esto no importa mucho) la órbita es $$ m frac {v ^ {2}} {r} = Gm frac {M (r)} {r ^ 2}, $$ donde $ m $ es la masa del objeto (que se cancela) y $ M (r) $ es la masa dentro del radio $ r $. Por tanto, la velocidad orbital $ v $ viene dada por $ sqrt {GM (r) / r} $.

Por lo tanto, al observar las velocidades orbitales podemos calcular aproximadamente qué masa existe interior a la órbita.

En el caso de las estrellas cercanas al centro de nuestra galaxia, resultan ser 4 millones de masas solares, empaquetadas en un espacio que es extremadamente pequeño. La razón por la que se piensa que es un agujero negro no es por la masa, sino porque es una masa que está (i) densamente empaquetada y (ii) no se puede ver.

Incluso si se tratara de un montón de estrellas masivas envueltas en polvo, de modo que no pudieras verlo con luz visible, puedes calcular fácilmente que el polvo calentado debería estar provocando enormes cantidades de radiación infrarroja; y eso no se ve.

En el caso del Sol, bueno, la masa interior a la órbita de la Tierra es mucho más de 4 millones de masas solares, son muchas miles de millones de masas solares. La contribución del agujero negro en el centro está completamente inundada por todas las demás masas de nuestra galaxia, por lo que no estamos directamente influenciado por el agujero negro central.

Si eliminara el agujero negro central, las estrellas que estaban cerca de él estarían orbitando demasiado rápido para los nuevos $ M (r) $ que experimentan. Volarían y asumirían órbitas altamente elípticas con ejes semi-principales mucho más grandes, aunque creo que todavía serían parte del bulto galáctico.

Las estrellas más alejadas, incluido nuestro Sol, cambiarían sus órbitas de manera imperceptible, porque $ M (r) $ difícilmente habrá cambiado para ellas.


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