Si un agujero negro sigue creciendo a medida que traga masa, ¿puede eventualmente superar a todas las estrellas en una galaxia?

No, no hay posibilidad. Ya expliqué por qué en mi respuesta a la siguiente pregunta:

¿Cuánto de nuestro universo está incluido en los agujeros negros?

Solo reiteraré algunos puntos sobre por qué no es posible:

Fuerza de la gravedad
Los agujeros negros a menudo se representan como monstruosidades que devoran violentamente las estrellas, solo para que la materia desaparezca en la boca del agujero negro, para que nunca se la vuelva a ver. Y, sin embargo, los agujeros negros realmente no son tan fuertes. Como indicó Viktor T. Toth, si reemplazaras el Sol con un agujero negro de la misma masa *, no habría diferencia en la influencia gravitacional en la Tierra. La única diferencia sería que la Tierra se volvería muy fría rápidamente, ya que los agujeros negros no producen calor. Sí irradian energía térmica (llamada radiación de Hawking), pero los agujeros negros tienen una temperatura de 60 nanokelvin y absorben mucha más radiación cósmica de fondo de microondas de la que emite.

* Para ser claros, un agujero negro con la misma masa que nuestro Sol es realmente imposible, ya que los agujeros negros tienen un límite inferior teórico llamado límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff, que es de alrededor de 1,5–3,0 M ☉. El agujero negro estelar más pequeño que se ha encontrado es XTE J1650-500 con una masa de 3,8 M ☉).

Grado de gravedad
La segunda cosa a considerar es que la gravedad es una fuerza débil. La influencia gravitacional realmente no llega tan lejos. Aunque los agujeros negros distorsionan el espacio y el tiempo de manera bastante severa en su vecindad, su influencia gravitacional en objetos distantes es tal como esperaríamos de la materia bariónica (materia ordinaria en su estado convencional). El tamaño de un agujero negro se define como el radio dentro del cual la gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar. Esta región se llama radio de Schwarzschild. Para un agujero negro, la masa del Sol, su tamaño es 3 × M medido en kilómetros. Entonces, un agujero negro con la masa de nuestro Sol tendría un radio de Schwarzschild de 3 km. Los efectos relativistas generales del agujero negro se vuelven insignificantes a aproximadamente 1,000 veces el radio de Schwarzschild, por lo que para un agujero negro de masa solar sus efectos gravitacionales serían idénticos al Sol.

Esfera de influencia
Pero consideremos un agujero negro supermasivo, ya que tienen masas que van de millones de masas solares a muchos miles de millones. Particularmente, debemos observar la región alrededor de los agujeros negros supermasivos en los que el potencial gravitacional del agujero negro domina el potencial gravitacional de la galaxia anfitriona. Esta región se llama esfera de influencia, y el grado de influencia se llama radio de influencia gravitacional, o simplemente radio de influencia.

Para el agujero negro supermasivo en la Vía Láctea (llamado Sagitario A *) que tiene una masa de 4,31 ± 0,38 × 10 ^ 6 M☉ (más de 4 millones de masas solares), su influencia gravitacional es de aproximadamente 3 parsecs (9,257 × 10 ^ 13 km, o 90.000.000.000.000 km). Esto puede parecer una distancia asombrosa, pero la Vía Láctea tiene un diámetro de 100.000 años luz, mientras que 1 parsec equivale a 3,26 años luz. La Vía Láctea tiene casi 30.675 parsecs de diámetro, o la influencia gravitacional de Sagitario A * 9,78 años luz de radio. De nuevo, esto puede parecer asombroso, pero en comparación con el tamaño total de la galaxia, es pequeño. Es igual a 0,00978%. En una nota al margen, la masa total de agujeros negros supermasivos en relación con sus galaxias anfitrionas generalmente está entre 0,1-0,2%.

Límite de influencia
Aunque creo que he descrito bastante bien por qué incluso los agujeros negros supermasivos no tienen suficiente gravedad para dominar su galaxia anfitriona y finalmente devorar todas las estrellas, permítanme enfatizar un límite superior teórico para la masa de agujeros negros.

A fines del año pasado, Andrew King publicó un artículo titulado “¿Qué tan grande puede crecer un agujero negro?”, Donde describe un límite teórico de la masa de agujeros negros de 50 mil millones de masas solares. Cabe señalar que no existe un límite superior real para la masa de agujeros negros (no es que hayamos encontrado hasta ahora, en cualquier caso), pero hay un límite práctico. El límite superior de 50 mil millones de masas solares es a través del mecanismo de disco de acreción ordinario. El mecanismo del disco de acreción es el proceso por el cual los agujeros negros pueden ganar masa debido a la influencia gravitacional directa. Cuando el agujero negro se acerca a una masa de 50 mil millones de masas solares, simplemente no habrá más gas o estrellas en las proximidades para que el agujero negro crezca más. La única forma en que el agujero negro aún puede crecer es a través de fusiones galácticas.

El agujero negro más masivo encontrado hasta ahora es S5 0014 + 81, que tiene una masa total de 40.000.000.000 M ☉. Sin embargo, esto puede ser una sobreestimación. Pero el punto es que, prácticamente, los agujeros negros supermasivos nunca podrían devorar una cantidad muy sustancial de masa de su galaxia anfitriona, y mucho menos devorar todas las estrellas dentro de una galaxia.

Relación directa
Y finalmente, siento que hay una cosa más que decir para indicar que simplemente no es posible que un agujero negro supermasivo domine su galaxia anfitriona. Como indiqué anteriormente, los agujeros negros supermasivos tienen una masa que oscila entre el 0,1 y el 0,2% de la masa total de sus galaxias anfitrionas. Las excepciones a esto son muy raras. Esto indica una correlación directa entre la masa de una galaxia y su agujero negro supermasivo. En otras palabras, cuanto más grande es un agujero negro, más grande es su galaxia anfitriona y más lejos del agujero negro se encuentra gran parte de la masa. Como existe una correlación tan directa, no hay posibilidad de que un agujero negro crezca más allá de las proporciones de su galaxia. La mayor desviación de la norma que hemos encontrado hasta ahora es el agujero negro supermasivo NGC 1277, con una masa de 17 mil millones de M ☉ y que equivale a un impresionante 14% de la masa total de su galaxia anfitriona.

Todas las galaxias eventualmente “chisporrotearán” en lugar de terminar en agujeros negros.

Agujeros NegrosAstrofísicaCosmología

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Hay dos cosas que debes tener en cuenta sobre los agujeros negros.

Primero, la gravedad de un agujero negro a cierta distancia de ese agujero negro no es absolutamente diferente de la gravedad de cualquier otro objeto de la misma masa a esa distancia. Entonces, por ejemplo, si nuestro propio Sol de repente se convirtiera en un agujero negro (no puede, pero dejemos eso de lado por un momento), la Tierra continuaría felizmente a lo largo de su órbita, ajena al cambio.

Segundo, los agujeros negros, geométricamente hablando, son extremadamente pequeños . Si la Tierra se comprimiera en un agujero negro, tendría menos de una pulgada de diámetro. Si el Sol se comprimiera en un agujero negro, tendría menos de cuatro millas (6 km) de diámetro. Incluso el gigantesco agujero negro, Sagitario A *, presumiblemente en el centro de nuestra Vía Láctea, más de cuatro millones de veces más grande que nuestro Sol, tiene menos de 20 veces el diámetro de nuestro Sol. Incluso si empaqueta toda la masa de una galaxia (por ejemplo, 100 mil millones de soles) en un agujero negro, el diámetro del agujero negro resultante seguiría siendo solo una pequeña fracción de un año luz (en comparación con el diámetro de 100,000 años luz de un típica galaxia grande).

Lo que significa que los agujeros negros no pueden tragar cosas fácilmente. Para ser tragado por él, una cosa tendría que golpear el agujero negro de frente, y un agujero negro es un objetivo muy pequeño. La mayoría de las cosas que se dirigen hacia un agujero negro perderán ese agujero negro y volarán de regreso al infinito, de la misma manera que la mayoría de los asteroides que se dirigen hacia la Tierra extrañan la Tierra (recuerden cómo los medios hiperventilan cuando un asteroide se “acerca” a la Tierra y pierde nuestro planeta por “solo” unos pocos cientos de miles (!) millas?)

Viktor T. Toth

Excepto por el contenido de materia 3D extremadamente alto, un agujero negro no es diferente de otros macro cuerpos. No tiene propiedades misteriosas. La región central de una nube galáctica giratoria (donde las acciones centrífugas son bajas) se acumula para formar un agujero negro. Los cuerpos de materia en la parte externa de esta región tienen suficientes acciones centrífugas sobre ellos para contrarrestar la atracción gravitacional hacia el agujero negro. Solo esos cuerpos sobreviven en una galaxia. Solo las galaxias con suficiente velocidad de giro y que tienen un agujero negro en sus centros pueden ser estables. A medida que aumenta la velocidad de giro galáctico, los macro cuerpos más externos de la galaxia se desintegran para formar un halo galáctico. Ver: http://vixra.org/abs/1310.0195

Slavy Elenkov

Veo a dónde estás llegando.

Todas las respuestas anteriores son correctas, pero no creo que lleguen al centro de su pregunta.

Dado el tiempo suficiente, es decir, miles de millones de años, debe ser para que suficiente materia caiga en el agujero negro para hacerla más grande, más grande, etc. y tragarse toda la galaxia, y tal vez otros, ¿verdad?

No. Lamento decepcionarte, pero mi respuesta también es no. Pero por diferentes razones.

Un agujero negro súper masivo se encuentra en el centro de casi todas las galaxias. Sin embargo, no crece por encima del ~ 1% de la masa total de la galaxia.

Creo que esa es la respuesta que estabas buscando.

Slavy Elenkov

Como dijo Malcolm Sargeant: No.

Un ‘agujero negro’ tiene un campo gravitacional masivo, pero la gravedad también es la más débil de las fuerzas fundamentales. Ha pasado un tiempo desde que hice los cálculos detrás de todo, pero el crecimiento en el radio de Schwarzschild desde un agujero negro de 100,000 masas solares que absorbe un objeto de 1 masa solar (como nuestro sol) es de aproximadamente 3 kilómetros.

Dado que las distancias entre las estrellas son típicamente del orden de 5-10 años luz (es decir, 4.7 x 10 ^ 13 km a 9.6 x 10 ^ 13 km), el aumento de la atracción gravitacional es insignificante. Por lo tanto, los objetos que orbitan el agujero negro no se verán afectados por el aumento gravitacional marginalmente aumentado (que de todos modos habría estado aproximadamente en la misma ubicación que el agujero negro, por lo que sería una diferencia marginal en la orientación de la atracción gravitacional del calabozo).

Nada que temer aquí …

Slavy Elenkov

No, un agujero negro solo puede “tragar” la masa de objetos que caen en su horizonte de eventos. Las estrellas y las nubes de gas que orbitan el agujero negro continuarán orbitando el agujero negro a menos que otro objeto perturbe su órbita y haga que se acerquen al agujero negro.

Viktor T. Toth

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