Astronomie

Un trou noir avec la densité de l'eau peut-il exister ?

Un trou noir avec la densité de l'eau peut-il exister ?

Lors d'un événement de sensibilisation, l'orateur a mentionné le fait que les trous noirs n'étaient pas nécessairement des objets denses et que des trous noirs de n'importe quelle densité pouvaient exister, même des trous noirs avec la densité de l'eau.

Or, en effet, le rayon de Schwarzschild d'un tel trou noir serait $R = csqrt{frac{3}{8 pi G ho}}$ avec $ ho$ la densité de l'eau.

Mais un tel trou noir non dense pourrait-il exister dans la pratique ? Sinon, qu'est-ce qui l'empêcherait de se former ou d'être stable ?


Il n'est pas possible d'appliquer une densité numérique à un trou noir. Le matériau à l'intérieur de l'horizon des événements tombera vers une "singularité" (ou un autre état de densité ultra-élevée que nous n'avons actuellement aucune théorie adéquate à décrire) sur une échelle de temps relativement courte.

Ce que vous pouvez faire, c'est exactement ce que vous avez fait, c'est-à-dire diviser la masse gravitationnelle d'un trou noir par le volume défini par une simple estimation euclidienne utilisant le rayon de Schwarzschild.$^{*}$.

Si au lieu de remplacer la masse comme vous l'avez fait, vous remplacez plutôt le rayon de Schwarzschild, alors $$ M = left(frac{3}{4pi ho} ight)^{1/2} left(frac{c^2}{2G} ight)^{3/2} = 1.4 imes10^{8} left(frac{ ho}{ ho_w} ight)^{-1/2} M_{odot},$$$ ho_w = 1000$ kg/m$^3$.

Donc, si vous avez un trou noir de masse $1.4 x 10^{8} M_{odot}$, alors il a la "densité" de l'eau si vous le calculez comme ceci.

Il y a beaucoup de trous noirs de cette masse ou même plus qui sont situés au centre des galaxies. Le trou noir au centre de la galaxie d'Andromède a une masse d'environ 10 $^{8} M_{odot}$, correspond donc parfaitement à la facture.

  • Notez que c'est une grande simplification (et incorrecte) d'utiliser $4pi r_s^3/3$ comme le volume à l'intérieur de l'horizon des événements. Il n'y a en fait pas de volume défini de manière unique ; cela dépend du choix du système de coordonnées (voir DiNunno & Matzner 2008).

Un trou noir avec la densité de l'eau peut-il exister ? - Astronomie

La relativité générale prédit que lorsqu'un objet s'effondrera pour former un trou noir, il finira par atteindre un point de densité infinie. Ce que cela signifie vraiment, c'est que la théorie de la relativité s'effondre à ce stade, et personne ne sait ce qui se passe au centre d'un trou noir - nous aurions besoin d'une théorie viable de la gravité quantique pour comprendre cela.

Mais voici quelque chose qui pourrait vous être utile : lorsque nous parlons de la "taille" d'un trou noir, nous parlons généralement de quelque chose appelé le rayon de Schwarzschild. Le rayon de Schwarzschild est le "point de non-retour" - une fois que vous vous rapprochez du trou noir, vous ne pouvez jamais vous échapper. Par conséquent, la vitesse de fuite au rayon de Schwarzschild est égale à la vitesse de la lumière, et la valeur du rayon de Schwarzschild est d'environ (3x10 5 cm) x (M / MSoleil), où M est la masse du trou noir et MSoleil est la masse du Soleil. (Généralement, M pour un trou noir dans notre galaxie est d'environ 10 fois la masse du Soleil, mais pour les trous noirs supermassifs au centre des galaxies, cela peut être des millions, voire des milliards.)

Il existe une analogie grossière entre un trou noir et un atome. Dans les deux cas, la masse est concentrée dans une petite région au centre, mais la "taille" de l'objet est beaucoup plus grande. Vous pouvez utiliser le rayon de Schwarzschild pour calculer la "densité" du trou noir - c'est-à-dire la masse divisée par le volume enfermé dans le rayon de Schwarzschild. Ceci est à peu près égal à (1,8x10 16 g/cm 3 ) x (MSoleil /M) 2 , où M est défini comme ci-dessus. Du point de vue d'un observateur extérieur, cela pourrait tout aussi bien être la densité réelle du trou noir, puisque la répartition de la matière dans le rayon de Schwarzschild n'a aucun effet sur l'extérieur.

Cette page a été mise à jour le 27 juin 2015.

A propos de l'auteur

Dave Rothstein

Dave est un ancien étudiant diplômé et chercheur postdoctoral à Cornell qui a utilisé des observations infrarouges et aux rayons X et des modèles informatiques théoriques pour étudier l'accrétion des trous noirs dans notre Galaxie. Il a également réalisé l'essentiel du développement de l'ancienne version du site.


Un trou noir avec la densité de l'eau peut-il exister ? - Astronomie

La relativité générale prédit que lorsqu'un objet s'effondrera pour former un trou noir, il finira par atteindre un point de densité infinie. Ce que cela signifie vraiment, c'est que la théorie de la relativité s'effondre à ce stade, et personne ne sait ce qui se passe au centre d'un trou noir - nous aurions besoin d'une théorie viable de la gravité quantique pour comprendre cela.

Mais voici quelque chose qui pourrait vous être utile : lorsque nous parlons de la "taille" d'un trou noir, nous parlons généralement de quelque chose appelé le rayon de Schwarzschild. Le rayon de Schwarzschild est le "point de non-retour" - une fois que vous vous rapprochez du trou noir, vous ne pouvez jamais vous échapper. Par conséquent, la vitesse de fuite au rayon de Schwarzschild est égale à la vitesse de la lumière, et la valeur du rayon de Schwarzschild est d'environ (3x10 5 cm) x (M / MSoleil), où M est la masse du trou noir et MSoleil est la masse du Soleil. (Généralement, M pour un trou noir dans notre galaxie est d'environ 10 fois la masse du Soleil, mais pour les trous noirs supermassifs au centre des galaxies, cela peut être des millions, voire des milliards.)

Il existe une analogie grossière entre un trou noir et un atome. Dans les deux cas, la masse est concentrée dans une petite région au centre, mais la "taille" de l'objet est beaucoup plus grande. Vous pouvez utiliser le rayon de Schwarzschild pour calculer la "densité" du trou noir - c'est-à-dire la masse divisée par le volume enfermé dans le rayon de Schwarzschild. Ceci est à peu près égal à (1,8x10 16 g/cm 3 ) x (MSoleil /M) 2 , où M est défini comme ci-dessus. Du point de vue d'un observateur extérieur, cela pourrait tout aussi bien être la densité réelle du trou noir, puisque la répartition de la matière dans le rayon de Schwarzschild n'a aucun effet sur l'extérieur.

Cette page a été mise à jour le 27 juin 2015.

A propos de l'auteur

Dave Rothstein

Dave est un ancien étudiant diplômé et chercheur postdoctoral à Cornell qui a utilisé des observations infrarouges et aux rayons X et des modèles informatiques théoriques pour étudier l'accrétion des trous noirs dans notre Galaxie. Il a également réalisé l'essentiel du développement de l'ancienne version du site.


La matière noire à interaction automatique peut servir de graine pour le trou noir supermassif (astronomie)

Les observations astrophysiques des quasars à fort décalage vers le rouge indiquent qu'il existe ∼ 10^9 M de trous noirs alors que l'Univers n'a que 800 Myr après le Big Bang. L'origine de ces trous noirs supermassifs (SMBH) est encore un mystère. En particulier, il est extrêmement surprenant de voir comment ils ont pu devenir si massifs en si peu de temps. Une idée populaire est qu'il existe des trous noirs à graines lourdes dans l'Univers primordial et qu'ils deviennent massifs en accrétant des baryons.

Trou noir © hdwallpapers.in

En supposant l'accrétion d'Eddington, nous pouvons relier la masse du trou noir (MBH) et sa masse de graine (Mseed) comme suit :

où, ∆t est le temps écoulé et τ = 450/fEdd(€ / (1-€) Myr est le temps de pliage électronique. € est l'efficacité radiative et généralement supposée être 0,1, et fEdd est le rapport d'Eddington (le rapport qui relie la luminosité bolométrique AGN à la luminosité d'Eddington), caractérisant l'efficacité d'accrétion.

Considérant J1007+2115, le quasar connu le plus massif avec une masse de 1,5 × 10^9 M au redshift, z > 7,5 et en prenant le rapport d'Eddington, fEdd

1, les chercheurs ont estimé Mseed 10⁴ M s'il se forme à z ∼ 30, c'est-à-dire ∆t = 597 Myr à son z observé = 7,51. Une telle graine est trop massive pour être produite à partir d'étoiles effondrées de la population III, mais elle pourrait se former par l'effondrement direct du gaz baryonique vierge. Ce dernier scénario prédit Mseed ∼ 10^5-10^6 M. Cependant, les observations ont montré qu'il existe une autre population de SMBH à décalages vers le rouge élevés avec un fEdd bien inférieur à 1. Par exemple, J1205-0000 est observé à un décalage vers le rouge de 6,7 avec une masse de trou noir. 2,2 × 10^9 M et rapport eddington de 0,16. L'accrétion d'Eddington implique alors qu'elle se développe à partir d'une graine d'une masse de 2×10^8 M à z ∼ 30, trop lourde pour être produite via l'effondrement direct du gaz.

Dans cette étude récente, Feng, Yu et Zhong ont proposé un scénario dans lequel un halo de matière noire à interaction automatique (SIDM) subit une instabilité gravothermique et sa région centrale s'effondre en un trou noir (de hauts décalages vers le rouge). Les auto-interactions de la matière noire peuvent transporter la chaleur dans le halo sur des échelles de temps cosmologiques. En tant que système gravothermique, le halo a une capacité thermique négative et il est véritablement instable. Le halo central finirait par devenir chaud et s'effondrer à un état singulier aux derniers stades de l'évolution. Ainsi, le SIDM a un mécanisme naturel pour déclencher des stabilités gravitationnelles, une condition nécessaire pour former un trou noir. Des études antérieures (mais récentes) ont également montré que la SIDM est privilégiée pour expliquer diverses distributions de matière noire sur un large éventail de systèmes galactiques.

"Il est intéressant d'explorer un scénario SIDM qui pourrait expliquer l'origine des SMBH à décalage vers le rouge élevé et les observations de galaxies à z ∼ 0"", a déclaré Wei-Xiang Feng.

Evolution gravithermique de la densité de matière noire en fonction de la masse enfermée en présence du potentiel baryonique (solide), ainsi que du profil baryon fixe (tiret-pointillé). Chaque profil de matière noire est étiqueté avec son temps d'évolution correspondant, et la ligne pointillée verticale indique la masse du halo central qui finirait par s'effondrer dans un trou noir de graine. Le panneau d'insertion illustre l'évolution de la densité moyenne de matière noire du halo central avec (en trait plein) et sans (en pointillés) incluant les baryons. ©Wei Xiang Feng

Feng, Yu & Xhong ont adopté un profil de masse de baryon typique pour les protogalaxies à décalage vers le rouge élevé, comme le montre le graphique ci-dessus, (avec les baryons, le halo ne forme pas un noyau de grande densité et il évolue rapidement vers la phase d'effondrement. Sa densité ne cesse d'augmenter et finit par devenir super-exponentielle au final) et a montré que le temps d'effondrement peut être réduit d'un facteur 100, par rapport au cas uniquement SIDM. Même pour la section efficace d'autodiffusion par unité de masse σ/m 1 cm²/g, largement cohérente avec la valeur utilisée pour expliquer les observations galactiques, le halo central pourrait s'effondrer suffisamment rapidement pour former une graine pour le décalage vers le rouge, z Depending 7. Selon sur la masse du halo, ce scénario pourrait expliquer les deux populations de SMBH à fort décalage vers le rouge avec fEdd 1 et 0,1. Il possède également un mécanisme intégré pour dissiper le moment angulaire rémanent du halo central, c'est-à-dire la viscosité induite par les auto-interactions. Le halo de l'hôte doit être sur des queues élevées de fluctuations de densité, ce qui implique que les SMBH à décalages vers le rouge élevés devraient être rares dans ce scénario, et la masse de l'hôte prédite est largement d'accord avec la masse dynamique déduite des observations. Ils ont en outre montré que lorsque la dispersion de vitesse 3D des particules SIDM dans la région centrale effondrée atteint 0,57c, l'instabilité relativiste générale (GR) peut être déclenchée.

Leurs résultats ont indiqué que la matière noire à interaction automatique peut fournir une explication unifiée des diverses distributions de matière noire dans les galaxies aujourd'hui et de l'origine des SMBH à des décalages vers le rouge z 6–7.

Les références: Wei-Xiang Feng, Hai-Bo Yu, Yi-Ming Zhong, “Semer des trous noirs supermassifs avec de la matière noire à interaction automatique”, ArXiv, pp. 1-5, 2020. Lien : https://arxiv.org /abs/2010.15132

Le droit d'auteur de cet article appartient totalement à découvrir la réalité. On n'est autorisé à l'utiliser qu'en nous donnant le crédit approprié ainsi qu'à l'auteur de cet article.


Qu'est-ce qu'un trou noir ?

Un trou noir est une région de l'espace-temps présentant des effets gravitationnels si forts qu'aucune particule ou rayonnement électromagnétique, comme la lumière, ne peut s'échapper de l'intérieur. La théorie de la relativité générale prédit qu'une masse suffisamment compacte peut déformer l'espace-temps pour former un trou noir. La limite de la région à partir de laquelle aucune évasion n'est possible s'appelle l'horizon des événements.

On s'attend à ce que des trous noirs de masse stellaire se forment lorsque des étoiles très massives s'effondrent à la fin de leur cycle de vie. Une fois qu'un trou noir s'est formé, il peut continuer à se développer en absorbant la masse de son environnement. En absorbant d'autres étoiles et en fusionnant avec d'autres trous noirs, des trous noirs supermassifs de millions de masses solaires peuvent se former. Il existe un consensus général sur l'existence de trous noirs supermassifs au centre de la plupart des galaxies. Dans le même temps, nous pouvons également avoir des trous noirs de la taille d'un atome mais avec la masse d'une très grande montagne.

Malgré son intérieur invisible, la présence d'un trou noir peut être déduite de son interaction avec d'autres matières et avec un rayonnement électromagnétique tel que la lumière visible. Lorsqu'un objet tombe dans un trou noir, toute information sur la forme de l'objet ou la répartition de sa charge est uniformément répartie le long de l'horizon du trou noir et est perdue pour les observateurs extérieurs.

Au centre d'un trou noir, tel que décrit par la relativité générale, se trouve une singularité gravitationnelle, une région où la courbure de l'espace-temps devient infinie. Pour un trou noir non tournant, cette région prend la forme d'un point unique et pour un trou noir tournant, elle est maculée pour former une singularité annulaire qui se situe dans le plan de rotation. Dans les deux cas, la région singulière a un volume nul. On peut également montrer que la région singulière contient toute la masse de la solution de trou noir. La région singulière peut donc être considérée comme ayant une densité infinie.

Les trous noirs sont des entités extrêmement déroutantes et la communauté scientifique essaie en permanence d'explorer sa vraie nature et de percer ses mystères.


Modèle d'un trou noir

Beaucoup d'enfants ont peut-être entendu parler des trous noirs et ont déjà compris qu'ils sont des "puits sans fond". Si quelque chose tombe dans un trou noir, il est impossible qu'il s'échappe et même la lumière ne peut pas s'échapper et est avalée. Le manque de lumière est la façon dont les trous noirs tirent leur nom. Ces objets sont mystérieux et intéressants, mais ils ne sont pas faciles à expliquer. Cette activité permettra aux enfants de visualiser, et donc de les aider à décomposer, les concepts d'espace-temps et de gravité, qui font partie intégrante de la compréhension de ces objets attrayants.

Bandage élastique léger utilisé pour les blessures musculaires (par exemple Tubifix)

Balle très lourde (comme celles utilisées dans les jeux de boules, de pétanque ou de pétanque)

Utilisez une activité interactive et pratique pour initier les enfants aux concepts astronomiques importants des trous noirs, de la gravité et de l'espace-temps,

Construire un modèle physique de la courbure de l'espace autour d'un objet massif et observer l'effet sur un objet moins massif,

Démontrez ce qui arrive à un objet passant un puits de gravité, si sa vitesse n'est pas assez élevée ou si le puits de gravité est trop profond.

La gravité est une force d'attraction entre deux objets. Tous les objets ayant une masse (poids) ont de la gravité. La gravité agit comme un aimant - rassemblant les objets. Ce qui cause la gravité n'est pas vraiment connu. La Terre a de la gravité, c'est ce qui retient tout près de la planète, même si elle est ronde. Les arbres, l'eau, les animaux, les bâtiments et l'air que nous respirons sont tous retenus ici par gravité. Toutes les planètes, les étoiles et les lunes de l'Univers ont également de la gravité. Même nos propres corps ont de la gravité. La gravité de la Terre est beaucoup plus forte que la nôtre, nous ne remarquons donc pas la gravité que possèdent nos corps.

La gravité est affectée par la taille et la proximité (proximité) des objets. La Terre et la Lune sont plus attirées l'une sur l'autre que la Terre et Jupiter parce que la Terre et la Lune sont plus proches l'une de l'autre. La Terre a une force d'attraction plus forte que la Lune parce qu'elle est plus grande, il y a donc plus d'attraction sur notre corps ici sur Terre que les astronautes qui sont allés sur la Lune n'en auraient pendant leur visite. C'est pourquoi les astronautes peuvent sauter plus haut sur la Lune que sur Terre. Nous ne « sentons » pas réellement la gravité. Nous ne ressentons les effets que d'essayer de le surmonter en sautant ou en tombant. En fait, l'homme qui a pensé à la "loi universelle de la gravitation" s'est inspiré d'une pomme qui lui tombait sur la tête alors qu'il réfléchissait dans le jardin. La pomme était tirée sur Terre par gravité !

Trous noirs

Un trou noir est une région de l'espace où la gravité est si forte que rien de ce qui y pénètre ne peut s'en échapper, pas même la lumière ! Les trous noirs se forment lorsqu'une étoile massive manque de carburant et devient incapable de supporter ses lourdes couches externes de gaz. Si l'étoile est assez grande&mdash environ 25 masses solaires&mdashalors la gravité tire sur le gaz et fait que l'étoile devient de plus en plus petite jusqu'à ce que sa densité atteigne l'infini en un seul point. C'est ce qu'on appelle une « singularité ».

Une fois que le trou noir s'est formé, il peut continuer à se développer en absorbant la masse de son environnement, comme d'autres étoiles et d'autres trous noirs. Si un trou noir absorbe suffisamment de matière, atteignant plus d'un million de masses solaires, il devient un "trou noir supermassif". On pense que des trous noirs supermassifs existent au centre de la plupart des galaxies, y compris la Voie lactée.

Un trou noir est composé de trois parties : la singularité (l'étoile effondrée), l'&lsquoinner l'horizon des événements&rsquo (la région autour de la singularité où rien, même pas la lumière, ne peut s'échapper) et &lsquouner l'horizon des événements&rsquo (où les objets se sentiront encore la gravité du trou noir mais ne pas être piégé).

Les astronomes observent généralement les objets dans l'espace en regardant la lumière. Cependant, comme les trous noirs n'émettent aucune lumière, ils peuvent être observés de la manière habituelle. Au lieu de cela, les astronomes doivent observer l'interaction entre le trou noir et d'autres objets. Par exemple, lorsque les trous noirs attirent la matière, comme de l'eau aspirée dans un trou noir, la matière forme un disque autour du trou noir. Au fur et à mesure que le disque tourne de plus en plus vite, il chauffe à des températures extrêmes, provoquant l'émission d'énormes quantités de lumière et de matière dans l'espace sous forme de jets éblouissants. S'ils sont dirigés vers nous, ces jets sont extrêmement brillants et peuvent facilement être captés par nos télescopes sur Terre. Pour les trous noirs qui ne « s'alimentent pas », une façon de les détecter est d'observer les mouvements des étoiles autour du trou noir, car leurs orbites seront altérées par sa présence.

L'espace est composé de trois dimensions (haut-bas, gauche-droite et avant-arrière), si vous ajoutez la quatrième dimension, le temps, alors vous avez ce qu'on appelle le continuum espace-temps. Cela peut sembler étrange, mais imaginez que vous rencontrez quelqu'un dont vous avez besoin de savoir à quel endroit (endroit dans l'espace) le rencontrer, mais vous devez également savoir à quelle heure !

Albert Einstein a été le premier à proposer l'idée du « tissu de l'espace » (espace-temps), dans sa « Théorie générale de la relativité ». Avant les théories d'Einstein, on croyait que la gravité était une force, comme l'a expliqué Isaac Newton. Mais, la théorie de la relativité générale d'Einstein explique la gravité comme la "courbure de l'espace-temps". Ce concept peut être représenté en imaginant l'espace-temps comme une feuille de caoutchouc. Les billes sur la feuille de caoutchouc plient la feuille autour d'elles, de la même manière que la matière plie l'espace-temps.

Dans l'activité suivante, les élèves construiront un modèle de trou noir, qui est destiné à les aider à visualiser exactement comment un trou noir peut &ldquobend&rdquo l'espace et le temps et affecter les objets proches. L'activité devrait durer environ une heure.

Étape 1

Avant de commencer l'activité, utilisez la section &ldquoInformations de fond&rdquo pour initier les enfants au concept de gravité. Vous pouvez le faire en racontant l'histoire d'Isaac Newton et du pommier, et en demandant à tous les enfants de sauter et de sentir la gravité les ramener sur Terre.

Étape 2

40 &fois 40 cm de bandage élastique. S'il est tubulaire, vous devrez le couper d'un côté pour le rendre plat. ( Image 2 )

Étape 3

Demandez à plusieurs élèves d'étirer le bandage horizontalement jusqu'à ce qu'il devienne tendu pour représenter un &lsquospace&rsquo bidimensionnel. Notez que les élèves doivent tenir le pansement immobile afin que leurs mouvements n'affectent pas l'expérience.

Étape 4

Placez la bille sur le pansement et faites-la rouler sur toute sa surface. Le chemin de la bille doit suivre une ligne droite, semblable à celle d'un rayon de lumière voyageant dans l'espace.

Étape 5

Échangez la bille contre une balle lourde. Lorsque vous le placerez sur le bandage, vous verrez comment il déforme le tissu de &lsquospace&rsquo. &lsquoSpace&rsquo devient incurvé autour de l'objet lourd. (Image 3)

Étape 6

Faire le même petit rouleau de marbre fermer l'objet lourd. Sa trajectoire devrait maintenant être modifiée par la déformation du pansement. Ceci est similaire à ce qui arrive à la lumière passant à proximité d'un objet massif qui déforme l'espace qui l'entoure. Essayez de varier la vitesse de la bille pour voir comment sa trajectoire change. ( Image 4 )

Étape 7

Plus la masse centrale est concentrée (c'est-à-dire plus la grosse boule est lourde), plus le bandage sera courbé. Cela augmente la profondeur du "puits gravitationnel" d'où le marbre ne pourra pas s'échapper. ( Image 5 )

Étape 8

Au fur et à mesure que la bille passe près de la grosse boule, elle commence à tourner autour du "trou noir" et finit par y tomber. Une fois qu'elle y est, vous pouvez voir comment les choses peuvent facilement tomber dans un trou noir mais ne peuvent pas en ressortir. C'est ce qui se passe avec les trous noirs : leur gravité déforme l'espace de telle sorte que la lumière ou d'autres objets tombent à l'intérieur et ne peuvent s'échapper.

Informations accessibles sur les trous noirs à partir du site &lsquo Ask an Astronomer&rsquo de l'université Cornell. Il fournit des réponses à de nombreuses questions différentes et précise le niveau de difficulté (débutant, intermédiaire, avancé) :

Une vidéo de l'Observatoire européen austral montrant des données réelles prises d'étoiles en orbite autour d'un trou noir :

Un excellent site interactif du Space Telescope Science Institute avec des informations détaillées sur les trous noirs ainsi que des activités et des expériences en ligne :

Suivre des questions

Que se passe-t-il lorsque vous diminuez la vitesse de la bille ? Pourquoi?

Que se passe-t-il lorsque vous utilisez une balle plus lourde ? Qu'en est-il d'un marbre lourd ?

Comment sauriez-vous savoir s'il y a un trou noir quelque part en observant les mouvements des étoiles ?

Royaume-Uni, 5e année (9 ans). &ldquoForces&rdquo.

Space Scoop est pris en charge par :

Le site web UE-UNAWE a été produit grâce au financement du septième programme-cadre de la Communauté européenne ([FP7/2007-2013]) dans le cadre de la convention de subvention n° 263325


Un trou noir peut-il aspirer un autre trou noir ?

IIRC, les trous noirs entrent en collision et fusionnent : taille solaire en raison de la perte d'énergie des ondes de gravité dans des systèmes binaires proches, méga-taille en raison des collisions de galaxies.

Je m'attendrais à une pyrotechnie spectaculaire alors que les disques d'accrétion sont déstabilisés et engloutis.

Les trous noirs ne sont que des masses gravitantes comme les autres. Je soupçonne que l'idée que vous vous faites d'eux n'est pas vraiment exacte. La matière tombe dans les trous noirs de la même manière qu'elle le fait dans les étoiles ou sur les planètes - par simple gravité. Deux objets lourds peuvent entrer en collision dans les bonnes conditions, bien que ce soit assez rare.

Nous espérons voir la fusion de deux trous noirs par les ondes gravitationnelles que l'événement enverrait. C'est la base du projet LIGO et de [email protected] (comme [email protected]) :

Ils entreraient en collision pour créer un plus grand trou noir. Imaginez les deux trous noirs comme deux boules d'encre noire. Ils fusionnent pour former une seule goutte plus grande.

Et comme Sankaku l'a souligné, un tel événement enverrait des ondes de gravité que nous pourrions potentiellement détecter.

Comprenez que ces singularités ne sont pas des points spatiaux. Ce sont des singularités d'espace-temps. le temps étant le mot clé.

Voici à quoi cela ressemble (théoriquement) une fois que vous êtes tombé dans un trou noir. L'espace autour de vous est comme un tube, la direction dans laquelle vous vous déplacez (appelez-la la direction z) lorsque vous tombez tout droit semble longue et allongée tandis que les deux autres directions spatiales sont périodiques S^2 (x et y sont comme des coordonnées à la surface d'une sphère. elles sont en fait "parallèles" à la surface de l'horizon des événements), si vous (gelez le temps et) vous déplacez dans l'une de ces directions, vous vous retrouverez là où vous avez commencé. Maintenant, la singularité est qu'au fil du temps, ce tube s'étire plus longtemps et rétrécit dans le sens de la largeur. Dans un temps fini, vous serez tiré/écrasé en une ligne droite. Ce point dans le temps est la singularité.

Les objets qui sont tombés plus tôt dans l'EH (y compris la masse qui a formé le BH) sont plus loin le long de cette ligne et les objets qui sont tombés plus tard sont derrière vous.

Maintenant, à quoi cela ressemblerait si deux BH fusionnaient. Je pense que ce serait un peu comme si deux fermetures à glissière se fermaient, les deux fusionnant en un seul tunnel et la contraction de la singularité se produirait beaucoup plus tôt. Rappelez-vous que la singularité n'est pas un point dans l'espace mais un point dans le futur. Vous (en tant qu'observateur descendant) ne le voyez pas, vous l'atteignez comme un point dans votre chronologie.

Les trous noirs ne sont que des masses gravitantes comme les autres. Je soupçonne que l'idée que vous vous faites d'eux n'est pas vraiment exacte. La matière tombe dans les trous noirs de la même manière qu'elle le fait dans les étoiles ou sur les planètes - par simple gravité. Deux objets lourds peuvent entrer en collision dans les bonnes conditions, bien que ce soit assez rare.

Nous espérons voir la fusion de deux trous noirs par les ondes gravitationnelles que l'événement enverrait. C'est la base du projet LIGO et de [email protected] (comme [email protected]) :

Hé, je ne veux pas détourner le sujet ici, mais en parcourant le premier lien répertorié de wikipédia, ils déclarent que les ondes gravitationnelles devraient voyager à la vitesse de la lumière (sous la rubrique «Observatoires»).

Je me demandais juste pourquoi cette hypothèse a été faite?

Hé, je ne veux pas détourner le sujet ici, mais en parcourant le premier lien répertorié de wikipédia, ils déclarent que les ondes gravitationnelles devraient voyager à la vitesse de la lumière (sous la rubrique «Observatoires»).

Je me demandais juste pourquoi cette hypothèse a été faite?

Empiriquement, une propagation de la gravité inférieure à c aurait des effets dramatiques, par ex. la précession des orbites planétaires, qui n'est pas observée.

Théoriquement, GR prédit la vitesse c de propagation des ondes de gravité. Fondamentalement, la gravité est un champ sans masse (une condition nécessaire pour qu'elle soit une force à longue portée) et doit donc se propager à la vitesse c.

Par conséquent, si la vitesse de gravité est inférieure à c, la différence doit être très faible.

Les trous noirs ne sont que des masses gravitantes comme les autres. Je soupçonne que l'idée que vous vous faites d'eux n'est pas vraiment exacte. La matière tombe dans les trous noirs de la même manière qu'elle le fait dans les étoiles ou sur les planètes - par simple gravité. Deux objets lourds peuvent entrer en collision dans les bonnes conditions, bien que ce soit assez rare.

Nous espérons voir la fusion de deux trous noirs par les ondes gravitationnelles que l'événement enverrait. C'est la base du projet LIGO et de [email protected] (comme [email protected]) :

C'est exactement ça. Les trous noirs qui se rapprochent orbitent en fait autour de leur centre de masse mutuel, se déplaçant de plus en plus vite à mesure qu'ils se rapprochent - émettant d'énormes quantités d'énergie. Je crois que ceux-ci ont été détectés. Puis ils fusionnent finalement en un seul trou noir.

Il est également tout à fait possible que les trous noirs puissent orbiter autour de leur centre de gravité mutuel pendant un certain temps, puis atteindre la vitesse de sortie.

Les trous noirs ne peuvent pas entrer en collision avec un autre à moins qu'ils ne se dirigent exactement l'un vers l'autre.

La nouvelle découverte vraiment étrange sur les trous noirs est le fait que la plupart des physiciens croient maintenant que les trous noirs émettent EXACTEMENT la même quantité d'énergie qu'ils absorbent, quelle que soit la source d'énergie. Si la source d'énergie contient des informations, ces informations sont piégées d'une manière ou d'une autre dans l'horizon des événements, mais le reste de l'énergie est émis exactement comme on peut s'y attendre de tout radiateur à corps noir.

En d'autres termes, les trous noirs n'augmentent pas en masse (sauf lorsqu'ils fusionnent avec un autre) en raison de la matière ou des photons absorbés. En fait, ils perdent un peu plus à cause du rayonnement de Hawking, donc théoriquement, ils finiront par s'évaporer complètement.

Donc, d'une certaine manière, ils aspirent en quelque sorte des trucs, mais ils les recrachent tout de suite ! MDR

Bonne chose aussi, car il semble maintenant que chaque galaxie a un gigantesque trou noir en son milieu.

Non. Une fois que le système est lié, il le restera. Conservation d'énergie.

Incorrect. Le rayonnement gravitationnel permet aux trous noirs en orbite de fusionner à partir d'orbites paraboliques ou elliptiques, de rencontres rapprochées, etc.

Le fond diffus cosmologique actuel nous donne un bain thermal d'environ 2,3K. Vous pouvez calculer la température de Hawking d'un BH à partir de sa masse ou de son rayon de Schwarzchild. Un BH avec un diamètre d'horizon des événements supérieur à un millimètre (R = 1/2 mm) sera plus froid que le fond diffus cosmologique et ne diminuera donc pas en taille.

Pour une comparaison à l'échelle, un BH la masse de la Terre a un rayon de 9 mm, nous parlons donc de 1/18e de la masse de la Terre.

Des pulsars binaires inspirateurs ont été détectés mais les trous noirs binaires n'ont pas été vus directement.

Bien sûr, la fusion n'a pas encore été vue. Nous attendons et regardons autant d'objets binaires de masse élevée que possible. Pour des raisons évidentes, les pulsars binaires sont plus faciles à trouver que les trous noirs binaires.

Des pulsars binaires inspirateurs ont été détectés mais les trous noirs binaires n'ont pas été vus directement.

Oui, mais pas la partie émission d'énergie, ce à quoi je m'objectais (mal formulé, je l'admets). C'est à dire. nous n'avons pas encore détecté d'ondes gravitationnelles de ce système ou de tout autre système.

Bien sûr, la fusion n'a pas encore été vue. Nous attendons et regardons autant d'objets binaires de masse élevée que possible. Pour des raisons évidentes, les pulsars binaires sont plus faciles à trouver que les trous noirs binaires.

Non. Une fois que le système est lié, il le restera. Conservation d'énergie.


Incorrect. Le rayonnement gravitationnel permet aux trous noirs en orbite de fusionner à partir d'orbites paraboliques ou elliptiques, de rencontres rapprochées, etc.


Complètement faux. Trous noirs doit augmenter la masse pour se former et croître en premier lieu. Le rayonnement de Hawking est émis incroyablement lentement, pour tous les trous noirs sauf les plus petits.

Désolé, je voulais dire collision sans orbiter d'abord. Je soupçonne que les trous noirs pourraient temporairement orbiter autour d'un autre sans être définitivement liés. En fait, si quelque chose est en orbite autour d'un trou noir qui est entré en collision avec un autre objet, l'un d'entre eux pourrait sûrement atteindre la vitesse de fuite. Peu probable bien sûr, mais possible.

Les trous noirs sont créés (pour autant que je sache) en implosant des étoiles. Ils n'augmentent pas en masse, ils augmentent en DENSITÉ. La seule façon d'augmenter leur masse est de fusionner avec un autre trou noir. C'est une nouvelle découverte qui me surprend aussi, et peut-être que je l'ai mal lu. C'est juste que l'idée que les trous noirs "aspirent" des trucs n'est apparemment pas tout à fait correcte.

Une fois que le trou noir est formé, ils n'augmentent plus en masse en absorbant toute masse en dehors de l'horizon des événements, si je comprends bien les découvertes actuelles. Ils émettent supposément autant de masse sous forme de rayonnement EM qu'ils en absorbent. Je me souviens d'un article de Hawking lui-même, IIRC. L'INFORMATION de la masse absorbée n'est cependant pas perdue, comme le pensait Hawking. Au lieu de cela, il est incorporé d'une manière ou d'une autre à la surface de l'horizon des événements lui-même, quelque chose comme un hologramme.

Le rayonnement de Hawking est certainement incroyablement lent, mais je pense qu'il a été détecté par des expériences - ce n'est évidemment pas le mécanisme de la plupart des rayonnements émis.

Je crois que la plupart des trous noirs qui ont été identifiés de manière positive ont généralement un puissant émetteur EM qui leur est associé sous une forme ou une autre. Black holes also usually have powerful magnetic fields associated with them. The area around black holes must be incredibly complex, so it makes it tough to make blanket statements like I did above.

I've also read that black holes spin and have charge, but how could anyone possibly know that for sure?
Gravitational radiation is widely believed to exist, but has yet to be detected.

I'll look for the refs and post them when I find them.

No, this is very mistaken. In the absence of hawking radiation (which is completely dwarfed by even the CMB radiation), a black hole's mass will increase only, which results in a DECREASE of its density. Now, I never do like talking about the density of a black hole. As a singularity, the object obviously has infinite density. So the only sensible definition is the total mass divided by the volume within the event horizon. But at any rate, as the black hole's mass increases, the density decreases.

Black holes certainly do absorb mass and certainly do increase in mass. This is very well accepted within GR. They do not emit EM radiation at all, save for Hawking radiation.

It has not been detected, and likely never will be detected. The smallest black hole we know of would emit radiation much weaker than even the CMB.

It's true that the accretion disks of black holes can emit a lot of EM radiation, particularly in the x-ray region. It's also true that this process can be incredibly efficient in transforming energy into radiation, but after all is said and done the black hole certainly still gains mass. (Plus, it is wrong to say that the BH is radiating anything at this point, since everything is happening well outside the EH, the only sensible boundary for the object we are referring to as the black hole).

Well, there are two reasons:
1) Solutions to Einstein's equations exist for black holes with three properties, which can be identified with mass, spin, and charge. So on the basis of their existence as solutions, we might expect them to be physical objects, but also

2) We see astrophysical objects with spin and (not really) charge, so we expect them to carry their properties over when they become black holes. [Note: Charge is by and large ignored, since any large object will quickly become electrically neutral. Sure, these objects could possibly exist, but realistically we do not expect a significant charge on either a star or a black hole] The fact is, it would be downright odd to find a black hole without spin, and would be rather like finding an orbit which was perfectly circular.

No, this is very mistaken. In the absence of hawking radiation (which is completely dwarfed by even the CMB radiation), a black hole's mass will increase only, which results in a DECREASE of its density. Now, I never do like talking about the density of a black hole. As a singularity, the object obviously has infinite density. So the only sensible definition is the total mass divided by the volume within the event horizon. But at any rate, as the black hole's mass increases, the density decreases.

Black holes certainly do absorb mass and certainly do increase in mass. This is very well accepted within GR. They do not emit EM radiation at all, save for Hawking radiation.

It has not been detected, and likely never will be detected. The smallest black hole we know of would emit radiation much weaker than even the CMB.


It's true that the accretion disks of black holes can emit a lot of EM radiation, particularly in the x-ray region. It's also true that this process can be incredibly efficient in transforming energy into radiation, but after all is said and done the black hole certainly still gains mass. (Plus, it is wrong to say that the BH is radiating anything at this point, since everything is happening well outside the EH, the only sensible boundary for the object we are referring to as the black hole).


Well, there are two reasons:
1) Solutions to Einstein's equations exist for black holes with three properties, which can be identified with mass, spin, and charge. So on the basis of their existence as solutions, we might expect them to be physical objects, but also

2) We see astrophysical objects with spin and (not really) charge, so we expect them to carry their properties over when they become black holes. [Note: Charge is by and large ignored, since any large object will quickly become electrically neutral. Sure, these objects could possibly exist, but realistically we do not expect a significant charge on either a star or a black hole] The fact is, it would be downright odd to find a black hole without spin, and would be rather like finding an orbit which was perfectly circular.

I'll find the refs and post them. What you are posting are old notions that have been somewhat disproved. It's hard enough to detect a black hole much less measure an increase in it's mass over time, so everything you are saying relies too much on GR.

Astronomers have assumed for quite some time now that massive black holes at the center of galaxies are continuously eating their galaxy. If that were true, the universe would have nothing but black holes in it by now. Instead, the universe is dominated by "dark matter."

I don't understand that first one, though. Stars are not especially dense, they collapse into neutron stars until they are about 10x the size of our sun, IIRC. A neutron star is certainly more dense than the original star but will contain significantly less mass than that original star had before collapsing since much of the gas envelope will blow off.

So, are you suggesting that a star that collapses into a black hole is less dense than a neutron star? I don't get your logic. I'm not talking about a black hole that has already formed.

If you calculate the density of a black hole by dividing it's mass (which can be calculated by it's gravity) by the volume of the sphere made by the event horizon (using Euclidian geometry which is perfectly valid in this case) surely the density you come up with will be greater than that of a neutron star.

If you are suggesting that the density is lower because of space-time distortion, you are literally going down a slippery slope, where GR or any other physics is no longer valid. A singularity suggests infinite volume in Rieman space-time not infinite density.

As long as you stay a decent distance away from the event horizon, you would not be able to detect any volume change due to space-time distortion anyway. The gravitational effects would appear to be coming from the center of mass of that sphere and they will not be strong enough to have any relativistic effects.

So, singularities aside. there is no reason to think that you can't describe the density of a black hole. You simply measure the mass by the gravitational effects and divide by a reasonable estimate of an effective estimated volume.


Why is a black hole's Schwarzschild radius linearly proportional to its mass?

Disclaimer, I'm completely uneducated in the topic, i knew about Schwarzschild radius before this question came to me, but I had never looked into the math.

Today, watching a video, the creator said that a 1 meter black hole would contain the mass of 111 earths, since a black hole with earth's mass has a Schwarzschild radius of 9mm. I immediately reallized that 1 meter is 111 times larger than 9mm, and thought to myself that he must have been making a mistake since a radius growth of X implies a volume growth of X 3 (i didn't know how to phrase this, forgive me), and I was about to correct him, but before that I decided to look into a Schwarzschild radius calculator to see what the correct answer would be, and lo and behold he was right.

So I looked for the formula, which is r=2GM/c 2, and, according to this, since the radius is linearly proportional to its mass, but the volume equals the radius cubed (multiplied by 4π/3), that would mean that the density of a black hole is variable, since it's formula would be something like:

Mass: independent variable M

Density, then: M/((4π(2GM/c 2 ) 3 ) /3)

Which, after cleaning up a bit is: (3c 6 /32πG 3 )*M/M 3

Which means the density is inversely proportional to the mass squared (the actual value, according to my surely wrong calculations is 7.33e79/M 2), which would mean that the larger a black hole is, the less dense it is (and theoretically a black hole with mass in the magnitude of 10 40 kg or higher would have a lower density than water).

However after looking around, it seems like the density of black holes is around 4e14 kg/m 3

Now, evidently, I've gone wrong somewhere, do I have my math wrong? Have I misunderstood what the Schwarzschild actually is? What's the deal with this?

It does depend on the mass of the black hole. I’m not sure where you found that particular number for the density of a black hole though. This website can help https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Ancillary_Materials/Exemplars_and_Case_Studies/Exemplars/Physics_and_Astronomy/Density_of_Black_Holes

Hmmm.. thanks, good read. Still feels wrong though (which obviously doesn't make it any less right), to think that a black hole the size of the solar system (which apparently is about the size of the largest blackhole ever measured) has about the same density as water feels whack, but I guess that's science for you (I understand that density isn't equal within the black hole itself, just the average of all the mass within the radius divided by the volume)

You need to take into account the units of the gravitational constant G, which is:

When you cube that in the formula, the units will cancel out properly and you'll be left with mass/meter^3.

Already been answered avobe, but my issue wasn't so much units as the value itself (though I wasn't considering units at all, been a while since I've done proper science), which, if black hole density had been a constant value, the extended formula for it's density wouldn't have been dependant on mass at all.

So that might be in cgs or SI units so in solar masses isn’t that big. If you’re okay with Calc 2 stuff, here’s a nice derivation of it.

Okay so I'm assuming this is an answer to the math-y comment, reading through it (tho i haven't done college-level math, so my undertanding of calculus is a bit wonky), it seems like I did something similar to the doc, just that i was specifically calculating which size blackholes would tear you apart at the ""surface"", but looking at the graphs, since (as i understand it) the value 1 in the x-axis represents the radius equal to the surface, anything at or under 10 3 solar masses easily kills you at the surface, and for 10 4 you need to go to about 1.4 the radius, my value was 10 28 kg, which is under 1 solar mass, so I must've done something wrong, oh well.

I am not sure what your specific question is as you have a few in here.

The mass of any gravitationally bound object depends on r^3 more or less, because the mass scales with 3D. However, the force falls off with distance as 1/r^2. There seems to be a single power of radius left over, but I can't make a ton of sense of that on its face.

The wrong way, but gives you the right answer for the equation is the following idea:

Imagine you are right on the edge of the blackhole. That is a point at which the escape velocity is the speed of light.

In classical physics, the escape velocity is the velocity at a point where the total energy of the system of gravitational energy and kinetic energy is 0, or 0.5*m_particle*v^2 - G*M_bh*m_particle/r = 0 where r is the distance you are searching for (the radius of the blackhole). The gravitational energy is negative.

the mass of the particle cancels and the velocity of the particle at the radius we assume is the speed of light (by definition of the black hole radius).

9/10 the correct starting point to mathematically solve a classical physics problem is conservation of energy. Seriously it can't be overstated how powerful of a concept it is and it makes it really easy to derive the Schwarzschild Radius.

Consider a particle of mass m moving at speed v near a black whole of mass M and radius R. The kinetic energy of the particle is 1/2mv^2 and the gravitational potential energy of the particle is -GMm/R. Now in order to escape the black hole the particle needs to have at least as much kinetic energy as gravitation potential energy, meaning 1/2mv^2=GMm/R. Solve for R and replace v with the necessary speed at the event horizon c and you get Schwarzschild Radius R=2GM/c^2.

Order of magnitude tells me your formula (assuming SI units) is "right". The sun is

2 x 10^30 kg and to make a stellar black hole you need at least about 20 solar masses or 4 x 10*31. Take that and square it and you get 1.6 x 10^63 Take you exponent of 79 and subtract 63 and you get 15 which is close enough to 14 for me to believe your formula is probably fine.

I would also say to make sure you understand that a black hole is not a uniformly dense sphere, in fact modern physics predicts all the mass is compressed into an infinitesimally small object known as a singularly. We cannot yet explain the physics of a singularity and it is widely believed a reconciliation between quantum mechanics and general relativity is needed to fully understand it. Point being the event horizon is an artifact of the singularity warping space around it and not the surface of a sphere with some sort of radial mass distribution, and so the density you see reported for black holes can be conceptually misleading.


‘A Pit in Every Peach’

Proving the latter could provide insight into some of the most violent and dynamic processes in the evolution of galaxies and the cosmos, about which astronomers have theorized but never seen — a dance of titanic forces and swirling worlds that can fling stars and planets across the void.

“It’s an intriguing mystery, and we’re on the case,” Postman said in an email. He added that the upcoming James Webb Space Telescope would have the capability to shed light, so to speak, on the case.

“What happens when you eject a supermassive black hole from a galaxy?” Lauer asked.

Lauer is part of an informal group who call themselves Nukers. The group first came together under Sandra Faber of the University of California, Santa Cruz, in the early days of the Hubble Space Telescope. Over the past four decades, they have sought to elucidate the nature of galactic nuclei, using the sharp eye of Hubble and other new facilities to peer into the intimate hearts of distant galaxies.

“The story of A2261-BCG,” he said, referring to the galaxy’s formal name in literature, “is what happens with the most massive galaxies in the universe, the giant elliptical galaxies, at the end point of galaxy evolution.”

Black holes are objects so dense that not even light can escape their gravitational clutches. They are invisible by definition, but the ruckus — X-rays and radio screams — caused by material falling into its grasp can be seen across the universe. The discovery in the 1960s of quasars in the centers of galaxies first led astronomers to consider that supermassive black holes were responsible for such fireworks.

By the turn of the century, astronomers had come to the conclusion that every galaxy harbored a supermassive black hole, millions to billions of times more massive than the sun, in its bosom. Where they came from — whether they grew from smaller black holes that had formed from the collapse of stars, or formed through some other process early in the universe — nobody is sure. “There is a pit in every peach,” Lauer said.

But how do these entities affect their surroundings?

In 1980, three astronomers, Mitchell Begelman, Martin Rees and Roger Blandford, wrote about how these black holes would alter the evolution of the galaxies they inhabit. When two galaxies collided and merged — an especially common event in the earlier universe — their central black holes would meet and form a binary system, two black holes circling each other.

Begelman and his colleagues argued that these two massive black holes, swinging around, would interact with the sea of stars they were immersed in. Every once in a while, one of these stars would have a close encounter with the binary, and gravitational forces would push the star out of the center, leaving the black holes even more tightly bound.

Over time, more stars would be tossed away from the center. Gradually, starlight that was once concentrated at the center would spread out into a broader, diffuse core, with a little kink at the center where the black-hole binary was doing its mating dance. The process is called “scouring.”

“They were way ahead of the game,” Lauer said of the three astronomers.


Tens of thousands of black holes may exist in Milky Way's center

A Columbia University-led team of astrophysicists has discovered a dozen black holes gathered around Sagittarius A* (Sgr A*), the supermassive black hole in the center of the Milky Way Galaxy. The finding is the first to support a decades-old prediction, opening up myriad opportunities to better understand the universe.

"Everything you'd ever want to learn about the way big black holes interact with little black holes, you can learn by studying this distribution," said Columbia Astrophysicist Chuck Hailey, co-director of the Columbia Astrophysics Lab and lead author on the study. "The Milky Way is really the only galaxy we have where we can study how supermassive black holes interact with little ones because we simply can't see their interactions in other galaxies. In a sense, this is the only laboratory we have to study this phenomenon."

The study appears in the April 5 issue of Nature.

For more than two decades, researchers have searched unsuccessfully for evidence to support a theory that thousands of black holes surround supermassive black holes (SMBHs) at the center of large galaxies.

"There are only about five dozen known black holes in the entire galaxy -- 100,000 light years wide -- and there are supposed to be 10,000 to 20,000 of these things in a region just six light years wide that no one has been able to find," Hailey said, adding that extensive fruitless searches have been made for black holes around Sgr A*, the closest SMBH to Earth and therefore the easiest to study. "There hasn't been much credible evidence."

He explained that Sgr A* is surrounded by a halo of gas and dust that provides the perfect breeding ground for the birth of massive stars, which live, die and could turn into black holes there. Additionally, black holes from outside the halo are believed to fall under the influence of the SMBH as they lose their energy, causing them to be pulled into the vicinity of the SMBH, where they are held captive by its force.

While most of the trapped black holes remain isolated, some capture and bind to a passing star, forming a stellar binary. Researchers believe there is a heavy concentration of these isolated and mated black holes in the Galactic Center, forming a density cusp which gets more crowded as distance to the SMBH decreases.

In the past, failed attempts to find evidence of such a cusp have focused on looking for the bright burst of X-ray glow that sometimes occurs in black hole binaries

"It's an obvious way to want to look for black holes," Hailey said, "but the Galactic Center is so far away from Earth that those bursts are only strong and bright enough to see about once every 100 to 1,000 years." To detect black hole binaries then, Hailey and his colleagues realized they would need to look for the fainter, but steadier X-rays emitted when the binaries are in an inactive state.

"It would be so easy if black hole binaries routinely gave off big bursts like neutron star binaries do, but they don't, so we had to come up with another way to look for them," Hailey said. "Isolated, unmated black holes are just black -- they don't do anything. So looking for isolated black holes is not a smart way to find them either. But when black holes mate with a low mass star, the marriage emits X-ray bursts that are weaker, but consistent and detectable. If we could find black holes that are coupled with low mass stars and we know what fraction of black holes will mate with low mass stars, we could scientifically infer the population of isolated black holes out there."

Hailey and colleagues turned to archival data from the Chandra X-ray Observatory to test their technique. They searched for X-ray signatures of black hole-low mass binaries in their inactive state and were able to find 12 within three light years, of Sgr A*. The researchers then analyzed the properties and spatial distribution of the identified binary systems and extrapolated from their observations that there must be anywhere from 300 to 500 black hole-low mass binaries and about 10,000 isolated black holes in the area surrounding Sgr A*.

"This finding confirms a major theory and the implications are many," Hailey said. "It is going to significantly advance gravitational wave research because knowing the number of black holes in the center of a typical galaxy can help in better predicting how many gravitational wave events may be associated with them. All the information astrophysicists need is at the center of the galaxy."

Hailey's co-authors on the paper include: Kaya Mori, Michael E. Berkowitz, and Benjamin J. Hord, all of Columbia University Franz E. Bauer, of the Instituto de Astrofísica, Facultad de Física, Pontificia, Universidad Católica de Chile, Millennium Institute of Astrophysics, Vicuña Mackenna, and the Space Science Institute and Jaesub Hong, of Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.


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