銀河の真ん中にあるブラックホールが銀河全体を吸い込まないのはなぜですか？

いくつかの情報源で述べられているように、すべての銀河には中央にブラックホールがあると考えられています。

私の質問は、なぜ銀河の真ん中にあるこれらのブラックホールが銀河の周囲のすべての物質を吸い込まないのですか？

ブラックホールを「物を吸い込む」と考えるべきではありません。ブラックホールは、他のオブジェクトと同じように、重力によって物質と相互作用します。私たちの太陽系を考えてください。それは多くの質量を持っているので、すべての惑星は太陽の周りを公転します。惑星には横方向の動きがあるため（太陽に向かって直接移動したり、太陽から離れたりすることはありません）、惑星はその周りを旋回します。これは角運動量の保存として知られています。

重力について話すとき、重要なのは、関係するオブジェクトの質量です。どんな種類のオブジェクトであるかは実際には関係ありません*。太陽を太陽と同じ質量のブラックホールに置き換えると、惑星は以前とまったく同じ軌道を続けます。

現在、ほとんどの渦巻銀河の中心にあるブラックホールは質量を蓄積しています。これらのブラックホールの中には、周囲に降着円盤があります。これらは、ブラックホールにゆっくりと落下するガスと塵の渦巻いた円盤です。これらのガスや塵の粒子は、近くのガスや塵との相互作用や、エネルギーを熱として放射することにより、角運動量を失います。これらのブラックホールのいくつかは非常に大きな降着円盤を持ち、大量の電磁放射を生成する可能性があります。これらは活動銀河核として知られています。

つまり、長い話を短くすると、ブラックホールは「吸い込まれません」。それらは重力で物事と相互作用するだけです。銀河内の星、ガス、その他の物質は角運動量を持っているため、銀河の中心の周りの軌道にとどまります。それはただまっすぐに落ちません。これは地球が太陽の周りを公転する同じ理由です。

*免責事項：潮forces力などについて話すときは、オブジェクトのサイズを考慮する必要があります。しかし、軌道力学の場合、オブジェクト間の距離は一般にオブジェクト自体よりもはるかに大きいため、心配する必要はありません。

私はかつて、宇宙海賊が惑星木星をブラックホールに圧縮して天の川銀河の半分を破壊すると脅した日本の漫画/映画/ショーを聞いたことがあります。

面白いアイデアのように聞こえますが、...木星をブラックホールに圧縮できたとしても、その質量は同じままです。つまり、木星（現在はブラックホール）は同じ軌道で太陽の周りを動き続けます。 、木星の衛星は以前と同じように木星を周回し続けます。

多くの人々は、星がブラックホールに崩壊すると、その「吸引力」（その重力）が増加すると考えています。これは単にそうではありません。信じられないかもしれませんが、多くの星があるあまり大規模な後、彼らはよりブラックホールに変身する前に、彼らは星の輝いていたとき、。これは、人生の終わりに、いくつかの星がブラックホールに崩壊する直前に外層のかなりの部分を宇宙に放出したためです。

地球を桜の大きさに圧縮すると、密度が非常に大きくなり、ブラックホールに変わることを読みました。それが事実であり、実際に行われたと仮定すると、地球のブラックホールは毎年1回太陽を周回し続け、地球の月は29.5日ごとに約1回地球を周回し続けます。（今、その軸の周りの新しいブラックホール地球のスピンはおそらく異なるでしょうが、太陽の軌道にかかる時間は変わりません。）

驚いたことに、地球が桜の大きさのブラックホールに圧縮されると、以前よりも少ないスペースデブリが地球に落ちます（地球が...地球の大きさだったとき）。これは、新しく形成されたブラックホールアースが占めるスペース（体積）がはるかに少なく、小惑星や彗星がチェリーサイズ（またはチェリーサイズよりわずかに大きい）のボリュームを見逃す可能性が高いためです。見逃さないと、破片がブラックホールに吸い込まれます。

破片が1キロメートルでもブラックホール地球を逃した場合（これは私たちにとっては長い距離のように見えるかもしれませんが、天文学的には非常に小さいです）、別の方向に飛び散り、おそらく戻らないでしょう。

そのため、基本的に、ブラックホールに関する一般的な誤解は、ブラックホールほど重力のないものはなく、突然ブラックホールになる星は重力が大きくなり、したがって「吸い上げ力」が大きくなるというものです。これは単に真実ではありません。ブラックホールの質量は以前と同じであり（形成される方法によってはそれよりも小さい場合があります）、ブラックホールの「吸引力」の大きさは、構成されている質量によって異なります。

宇宙で最も重い星は確かにブラックホールであることは事実かもしれませんが（その時点で星と呼ぶ場合もあります）、より重い（したがって、より多くの "吸い込み力"）星が多く存在します多くのブラックホール。

したがって、私たちの銀河の中心がおそらく超巨大ブラックホールを含んでいるという事実は、ブラックホールがたまたま同じ量の質量であった場合よりもブラックホールがより多くの物質を吸い上げるという意味ではありません。

重力は逆二乗の法則に従います。単純に言えば、重力源からの距離を2倍にすると、4分の1が効果になります。したがって、地球からの距離を2倍にすると、1 / 4gになります。距離が増加するにつれて、決して0になることはないことに注意することが重要です。距離に関係なく、常にゼロ以外の値になります。

そのため、銀河の距離では、中心のブラックホールの重力はほとんど影響を及ぼしません。

これはその一部のみを説明しています。他の部分は角運動量の保存です。

重力と角運動量が軌道の原因です。軌道力学では、高度ではなく速度を追加して軌道を上げます。軌道を上げる角運動量の追加。軌道を下げるには速度を落として角運動量と高度を下げます。

そのため、物事がブラックホールに「落ちる」ためには、軌道がイベントの水平線と交差する速度で移動する必要があります。これはめったにそうではないか、それらの「物」が最初から軌道に乗っていないでしょう。そのため、銀河の軌道を構成するすべての「もの」が中央のブラックホールを回るという事実は、それがただそこに落ちないことを意味します。

これらの3つのことは、安定した軌道、重力、速度、高度（または重力源からの距離）で常にバランスが取れています。それらの1つを変更する場合、他の2つも変更する必要があります。速度を下げると、高度が下がり、重力が増加します。重力を上げると、速度も上げる必要があります。そうしないと、高度が低下します。

ですから、物事はブラックホールに陥るだけではないことがわかります。それは、最終的には銀河のすべてが中央のブラックホールに落ちるという私の見解ですが、これには何十億年もかかるでしょう。

もちろん、これは物事を過度に単純化するものであり、私は決してこのことの専門家ではありません。しかし、それは、運動量と重力のバランスを心に描くことができます。

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また、銀河円盤に見られるすべての「ホットマター」と重力的に相互作用しているダークマターを考慮しなければなりません。暗黒物質は、銀河内の物体の軌道を慎重にマッピングし、観測された物質が観測された軌道運動を説明できないことを発見することにより発見されました。暗黒物質の謎の1つは、ホットマターのようにブラックホールに引き込まれないことです。暗黒物質は、銀河の中心にある超大質量ブラックホールの重力の一部を相殺するという実用的な効果があります。

まあ、私は物理学の学生ではありませんが、人々は通常、理由のためにブラックホールの「吸い込む力」の誤解を育てると思います。

重力に関するニュートンの方程式を考えてみましょう。

$F = {Gm_im_j\over r_{ij}^2}$$r_{ij}$

$r_{ij}$

$r_{ij}$

私が間違っている場合は修正してください。

大きなブラックホールと銀河のために、問題取り囲むことにある軌道ブラックホール（複数可）、月軌道土と同じ方法周り。

質問は、「なぜ月は地面に落ちないのか？」または「なぜ惑星は太陽に落ちないのか？」に直接類似しています。ブラックホールは太陽よりも重いですが、その効果は同じタイプです。

質問に対する簡単な回答の1つは、イベントホライズンまたはシュワルツシルト半径です。この半径/水平にかなり近いものは、最終的にブラックホールに吸い上げられます。

これは、ブラックホールに関する一般的な誤解です。ブラックホールは周囲のすべてを何らかの方法で「吸い上げ」たり、物を引き込んだりするというものです。現実には、太陽を同じ質量のブラックホールに置き換えることができ、すぐに違いに気付くことはありません。周囲の惑星で突然掃除を開始するというわけではありません。それが機能するわけではありません。

忍耐強く、最終的には、銀河の膨張率がブラックホールの重力成長を超えない限り、周囲の物質を消費しないため、忍耐強くなります。

そのシナリオでは、銀河は最終的に拡散し、その物質は別の銀河に遭遇するまでブラックホールから遠ざかり続け、その時点で最終的にその銀河のブラックホールに吸い込まれる可能性が高くなります。永遠に生き残るものはない.. :-)

簡単な答えは、銀河内の他のすべてのものは、吸い込まれることから逃れるのに十分な速さで横に移動するということです。代わりに、吸い込みの力（必要な場合）により、星の軌道がブラックホールの周りの円に引き込まれます

この現象は「軌道」です。他の答えが指摘したように、それは地球が太陽に落ちない、または月が地球に落ちるのと同じ理由であり、国際宇宙ステーションが毎時約17,150マイルで急降下している理由です。それらはすべて横向きになっており、いくつかの大きなオブジェクトの力がその横向きの動きを円運動に変えており、十分に速く進まなかった場合は、その大きなオブジェクトに向かって曲がり（「落ち」）、それに衝突します。

文字列の終わりにバケツを振り回すようなものです。バケツは横向きになっていますが、ひもがあなたに向かって引っ張っています。バケツは、ストリングからの力のためにあなたから飛び去ることはありません。そのため、バケツは円形に曲がります。ひもからの力はたまたまバケツを内側に折りたたんであなたにぶつかるには不十分です。

そのすべては、ブラックホールのイベントホライズンの表面積に比例するエントロピーに関するものです（これがそうである理由については、Moffat / Wangによる発見的量子論論については以下を参照してください）。

シュワルツシルト解がイベントホライズンの半径2Gmを与え、mがブラックホールの質量で、Gニュートンの定数であると仮定します。したがって、ブラックホールに質量を追加すると、そのエントロピーが増加します。有限の総エネルギーの孤立したシステムを考えると、システムのダイナミクスのアトラクタとして機能する有限の最大エントロピーがあり、地平線に限界があります。

J von Neumannは、エントロピーの量子バージョンを次のように定義します。fをヒルベルト空間Hに作用するオブザーバブルO（D）の局所代数の正規状態とします。その後、このfを純粋状態の凸和として書くことができます。有限エネルギーのシステムでは、Hは有限次元であるため、この合計は有限です。VonNeumannのパーティションの非可換等価は密度演算子です。つまり、これらの純粋な状態に対応する最小ベクトル空間への投影の重み付き合計です。よく知られた同等性;
このような通常の状態fの場合、フォンノイマンエントロピーは重みのエントロピーとして定義されます。これは、特定の状態の量子システムが測定を通じて得る情報量の（逆の）尺度として解釈します。量子システムのエントロピーが大きいほど、抽出できる情報は少なくなります。 ブラックホールのフォンノイマンエントロピー 外部の観測者は、イベントホライズンを超えて、内部の要素に対して測定プロセスを実行することはできません。したがって、各領域kの2乗の要素でブラックホールのイベントホライズンを分割します。ここで、kはプランク長であり、プランク領域は純粋なベクトル状態の最小投影に古典的に対応すると仮定します。Nをパーティションの合計有限数とします。「髪のない」仮説では、イベントの地平線上に好ましい場所はないため、各パーティション要素は同じ重みを持つ必要があります。したがって、このパーティションのフォンノイマンエントロピーは、ブラックホールの表面積Sに比例します。