黑洞會不會圍繞更大質量的物體做運動?
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反對匿名用戶觀點:「『一個東西繞著一個更大的東西轉』 這種宇宙觀在恆星以上的尺度都是不對的。」
其實兩個被引力聯繫的天體都是圍繞著其共同質心在旋轉,但我們會說地球圍繞太陽轉,而不會說太陽圍繞地球轉,也不會說太陽和地球互相圍繞著旋轉,這是為什麼呢?
這是因為地球比太陽小太多了,地球和太陽的共同質心在太陽的內部。當兩個天體的共同質心在其中較大天體內部時,就可以說較小天體是圍繞較大天體旋轉的。
那麼是否有黑洞繞著更大物體旋轉呢?我們來看一個實例:
人馬座A*(Sagittarius A*,簡寫為Sgr A*,星號*讀作「star」或「星」)是位於銀河系銀心一個非常光亮及緻密的無線電波源,大約每11分鐘旋轉一圈,屬於人馬座A的一部分。人馬座A*很有可能是離我們最近的超重黑洞的所在。其質量為431 ± 38萬太陽質量。
GCIRS 13E可能是一個大約1,300太陽質量的中介質量黑洞(IMBH),在大約3光年的距離上,以大約每秒280公里的軌道速度繞著人馬座 A*運轉。
(以上資料來源:維基百科)
(本圖片來自http://www.urania.edu.pl/)
(以上圖片來自SolStation.com)
GCIRS 13E就是圍繞一個另一個更大質量黑洞旋轉的黑洞。
另一方面,整個銀河系中,外圍的天體都是圍繞銀心旋轉的,這些外圍天體中有恆星,也有由恆星形成的黑洞,所以黑洞圍繞一個更大質量物體旋轉是非常正常、普遍的現象。會,但是是繞著公共質心旋轉。
例如:Black hole binaries (黑洞雙星?以下簡稱BHB)。是X-ray binaries(X射線雙星?以下簡稱XRB)的一種。我不搞這個,隨便講講我的理解,有錯請指正。XRB是一個緻密天體(一般是中子星或者黑洞)和一個恆星(一般是巨星或者大質量恆星之類的)組成的雙星系統,恆星的物質通過洛溪瓣吸積到緻密星上,產生強X射線。通過測量伴星多普勒效應,可以測出緻密天體的質量,比如第一個BHB,Cygnus-X1質量大概是15倍太陽質量,大於最大的中子星質量。並且吸積物質打到中子星上和穿過黑洞視界會產生不同的觀測效應。所以知道緻密星是黑洞而不是中子星。
另外:LIGO觀測到了兩個黑洞組成的雙星合併產生的引力波,也是一個例子。其實換個參照系不就中了么........
作為天體,黑洞雖然在自身尺度上有許多獨特的效應,諸如蘭斯-蒂林效應(Lense-Thirring Effect,參考系拖拽)或者彭羅斯過程(Penrose process,一種能量提取機制),但在一組短期內相對穩定的天體系統中,很多時候黑洞可以退化為普通天體考慮。
諸位不要忘了去年的GW150914引力波信號
LIGO給出的解釋是兩個黑洞的合併
。這兩個黑洞合併前其實是類似於雙星系統,彼此纏繞,如果其中一個黑洞默認靜止,另一個黑洞的軌跡應該是不斷的旋進。
1971年,天體物理學家們終於確定了天鵝座X-1的看不見的伴星的質量超過了奧本海默極限,達到了驚人的8.7倍太陽質量。
意味著這很可能是一個黑洞。
據說Kip?Throne(基普?索恩)和Stephen?Hawking斯蒂芬?霍金為此打賭。
1990年,霍金承認自己落敗(霍金貌似逢賭必敗),代價是為索恩訂購了一年的色情雜誌《閣樓》。然後索恩的老婆天天拿著菜刀追砍著他。
上面的是兩個典型案例。
其實如果兩顆天體形態和質量分布相對均勻且固定,那麼兩顆天體之間的引力平衡點會在兩個質心之間。質量相差極大時,這個點很靠近大質量天體的核心部分,所以看起來是很穩定的圍繞軌道。
但其實依然是互相圍繞,儘管對於大天體這一側來說,環繞很慢且不明顯。
如果兩者相差不大,那就是互相明顯圍繞糾纏。
太陽系的小黑洞繞著銀河系轉
「一個東西繞著一個更大的東西轉」 這種宇宙觀在恆星以上的尺度都是不對的。
回復樓上某位朋友 @一貫正確 :抱歉我前面的回復沒解釋清楚。我的意思是,一個東西沒有繞著另一個東西轉的必要性,雖然力學的基本原理允許這麼它這麼做。在恆星以上的尺度上,一個「更大質量的物體」並不是必須存在的,而物體運動的軌道也未必是如太陽系這樣中心質點勢中的圓/橢圓/拋物線/雙曲線軌道。
我同意 SMBH 可以形成 binary,然而這未必是普遍的情況。實際上,binary SMBH 可能只是 hierarchical growth 中相對短暫的一個階段。星系中的恆星也未必是在勢中旋轉。很多時候(比如盤星系的核球,橢圓星系等)恆星的運動更接近隨機,而非「轉動」。銀河系因為是盤星系,所以我們可以觀測到顯著的繞銀心的轉動。
再向上,當然你可以說 LMC/SMC 「繞著」 銀河系轉,銀河系和 M31/M33 pair 繞著轉,但這已經很難算到「轉動」的範疇了。當然這取決於你怎麼定義「轉動」了。黑洞圍繞黨中央轉!
PS:認真講,黑洞也是天體,不要把他想得太特殊。小黑洞可以和其它黑洞,中子星之類天體互相旋轉。大尺度上星系和星系之間可以認為是圍繞著一個質點互相旋轉的。更多的現在還有什麼暗物質,本星系團之類超大尺度的定義。超大尺度上討論怎麼怎麼旋轉我覺得是沒有什麼意思的。比如你由無數個原子構成,每個原子都有一個電子,質子,中子的旋轉體系。然後突然你問你圍繞哪個轉。我再怎麼回答答案也不可能是你身上哪個原子是你的中心。我只會說你圍著你女朋友轉。總之,小尺度範圍內,黑洞要麼呆在星系中間,遠遠地拖著龐大的恆星小弟和另一個星系的黑洞妹子起舞。要麼黑洞就老老實實呆在本星系沒圍繞著中間轉。如果很近就應該是圍繞著轉,可能是互相圍繞著轉。
很多太陽互相圍繞著轉,還有二個太陽一起圍繞著轉。
因為如果沒有角速度,二個物體會互相吸引碰撞在一起。
有黑洞中的單身狗,但是相當部分都是有組織的洞,意味著它們都在圍著某個或某幾個質心旋轉,幅度大小差別而已。
當然會,他只是密度大而已,只要距離夠遠,就是質點間的運動。
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