Fråga:
Huvud vid kollision mellan två svarta hål
KGlasier
2019-06-27 19:42:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Inspirerad av Om två svarta hålshorisonter överlappar varandra (beröring) kan de någonsin separeras igen?, undrade jag vad som skulle hända om två svarta hål kolliderade i varandra vid en front-kollision.

I den här modellen finns två svarta hål på ett 3d kartesiskt plan. Varje svart hål har en massa på 1 miljard solmassor, och de går båda 0,9c. De färdas på z-axeln i motsatta riktningar.

Om båda svarta hålen inte snurrar, rör sig den ena positiv z, den andra i negativ z och kolliderar vid ursprunget i ett perfekt huvud - vid kollision vad skulle resultatet bli?

Hur lång tid skulle en fullständig fusion ta och vad skulle den resulterande snurret bli? Skulle det finnas en stor våg av gravitationsenergi eller någon annan utsläpp?

Jag tror inte att det här är en duplikat av Skulle LIGO upptäcka kollision mot huvudet? som föreslagits av @John Rennie eller @uhoh beucase Jag frågar mer vad som är effekten på BH själva och vilken typ av utsläpp som är inblandade. Inte nödvändigtvis sådana som kan upptäckas av LIGO.

Det kommer inte att bli snurr - impulsmoment sparar också i GR. Det skulle förekomma gravitationella vågemissioner, även om de var mycket mindre och en helt annan egenskap än de för närvarande observerade. Tiden för den fullständiga sammanslagningen kommer att beräknas med ett GR-fritt fall.
Varför skulle det vara mycket mindre @peterh? Om de två BH rörde sig i polära motsatta riktningar vid en frontalkollision, skulle det inte finnas en stor våg eftersom all den momentum bara ... slutar? Det måste finnas en frigöring av energi någonstans.
Nej. De svarta hålen är modellerade som punktliknande massor, med en händelsehorisont runt sig. Gravitationsvågorna kommer från händelsehorisonterna, mer exakt från utrymmet runt händelsehorisonterna. Ingen vet vad som kommer att hända om de punktliknande massorna kollapsar, för den nuvarande vetenskapen stannar långt innan det. Vad som är känt är GR: s kända bevarandelagar. Dessa förutsäger inte mycket stora saker. Men jag är bara en utbildad lekman. Förhoppningsvis kommer en professionell att komma med mer övertygande argument också.
I Newtons fysik är linjär momentum en vektor, den har en riktning, så det kombinerade momentet för två kroppar med lika & motsatt momenta är noll. I allmän relativitet införlivas momentum i [stress-energi tensor] (https://en.wikipedia.org/wiki/Stress%E2%80%93energy_tensor), och matematiken är mer komplicerad, men det är fortfarande möjligt för momenta att avbryta.
Hej @KGlasier kan du ta en titt på alla svaren på [Skulle LIGO upptäcka kollision med huvudet?] (Https://astronomy.stackexchange.com/questions/26465/would-ligo-detect-head-on-collision) och nämna om det finns några aspekter av din fråga som inte besvaras där? Tack!
Ett svar:
Steve Linton
2019-06-27 20:05:44 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tja, det är enkelt att snurra. Ditt system har ingen vinkelmoment, så centrifugeringen blir noll.

Jag tror att det inte kommer att finnas någon gravitationell strålning. av den något tekniska anledningen att gravitationsvågor bara kommer från förändringar i fyrsystemets ögonblicksmoment och i ditt system är fyrkantsmomentet alltid noll.

Så allt hamnar i det sista svarta hålet som kommer att ha en massa på cirka 4,6 miljarder solmassor, kommer från massan av de två kolliderande hålen och deras kinetiska energi.

I ' Jag är inte säker på exakt hur länge fusionen skulle pågå, men den kommer att vara jämförbar med de involverade Schwarzschild-radierna, dividerat med $ c $ , så cirka tre timmar (sett av en avlägsen observatör).

Så den kinetiska energin kan sluta lägga till mer än dubbelt så mycket som den kombinerade massan, snarare än att utstråla något? Betyder detta att vi i teorin aldrig skulle kunna upptäcka om detta hände utanför att kanske se effekten av ett större svart hål på omgivningen?
@KGlasier Jag tycker att det är rätt. Det är värt att notera att detta scenario är orealistiskt på minst tre nivåer: mer eller mindre alla svarta hål snurrar; det är osannolikt att de skulle kollidera exakt, snarare än lite förskjutna; och supermassiva svarta hål ses normalt inte vid 0,9c i förhållande till mycket.
Jag är inte helt säker på att det inte kommer att finnas några gravitationsvågor, men jag har inte färdigheterna att göra den nödvändiga beräkningen. Det är sant att det är en perfekt raklinjekollision, men i de sista ögonblicken kommer deras relativa hastighet att vara stor, BH: erna färdas i krökt rymdtid och de förändrar krökningen när de närmar sig varandra. Och interaktionen är inte sfäriskt symmetrisk.
@PM2Ring Jag är inte heller säker, men jag tror att cylindrisk symmetri räcker för att undertrycka gravitationsstrålning.
Ok. Det länkade dupe-målet säger att gravitationsvågproduktionen skulle vara liten och en ganska enkel puls, även om frågan om snurr (eller avsaknad därav) inte tas upp i den frågan.


ⓘ
Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 4.0-licensen som det distribueras under.
Loading...