¿Cómo se expande el Universo y sus galaxias si hay SMBH?

En pocas palabras: los agujeros negros no son tan poderosamente místicos como la gente parece pensar que son.

¡Lo entiendo! Los agujeros negros son geniales . Si realmente te acercas a uno, comienzan a suceder cosas locas: el tiempo se ralentiza, hay enormes fuerzas de marea gravitacionales (te “espaguetizan”) y, eventualmente, si cruzas el Horizonte de eventos, no hay regreso . Todas estas cosas hacen babear a los escritores de ciencia ficción, y por una buena razón.

Pero, note que dije “si te acercas mucho”. ¿Y si no lo haces? ¿Qué pasaría si, por ejemplo, nuestro sol se derrumbara repentinamente en un agujero negro? (Esto en realidad no podría suceder, solo estoy hablando hipotéticamente). De la forma en que la mayoría de la gente imagina que son los agujeros negros, todos los planetas serían absorbidos directamente, y ese sería el final del sistema solar. Pero, ¿qué pasaría realmente con las órbitas de los planetas? ¡Nada en absoluto! Toda la vida en la Tierra todavía se congelaría y / o moriría de hambre, por supuesto, debido a la falta de luz solar, pero la Tierra misma continuaría su feliz camino, orbitando el agujero negro de la misma manera que actualmente orbita alrededor del sol.

¿Por qué? Porque, mientras permanezca fuera del objeto en cuestión, la gravedad solo se preocupa por la masa y la distancia, no por la densidad . Los agujeros negros solo son especiales porque se han colapsado tanto que tienes la opción de acercarte mucho , de modo que la gravedad se vuelve lo suficientemente fuerte como para que sucedan todo tipo de cosas extrañas. La Tierra no te da esa opción, porque el radio de la Tierra limita lo cerca que puedes llegar al centro. (Si intentas sortear esto cavando un hoyo, parte de la gravedad termina cancelándose, por lo que la fuerza de la gravedad en realidad se debilita a medida que cavas hacia el centro). Pero, si no tomaste esa opción de acercarse mucho a él, si te mantuvieras a un radio de la Tierra alejado de un agujero negro de masa de la Tierra, la fuerza gravitacional que sentirías sería la misma que estás sintiendo en este momento.

Entonces, ¿cómo se aplica esto a su pregunta? Bueno, hay una cierta cantidad de masa total en nuestro universo observable, y esa masa genera una cierta cantidad de atracción gravitacional mutua, que podemos calcular. Sin embargo, el hecho de que parte de esa masa esté en forma de agujeros negros no tiene impacto en ese cálculo . Esta atracción mutua funciona para frenar la expansión del universo, hasta cierto punto, pero parece estar perdiendo esa batalla en particular.

Además, para aclarar una posible idea errónea: el Universo se está expandiendo, lo que significa que las galaxias que no están unidas gravitacionalmente entre sí se están separando más , pero las galaxias en sí no se están expandiendo , porque están unidas gravitacionalmente.

Los agujeros negros supermasivos no solo absorben todo. De hecho, a grandes distancias, los agujeros negros no son tan diferentes a su estrella promedio (excepto, por supuesto, el hecho de que no brillan).

Dicho esto, solo el espacio dentro del agujero negro es inmune a la fuerza expansiva (sea lo que sea, aunque probablemente sea energía oscura). El resto del espacio está lo suficientemente distante de la gravedad del agujero negro como para expandirse, porque la fuerza expansiva excede la fuerza que el agujero negro ejerce sobre el espacio en ese rango.

Esos SMBH parecen dar vida a las galaxias individuales. Sin embargo, es la influencia de Dark Matter y Dark Energy lo que se ha especulado para mantener unidas a las galaxias. Además, aún no entendemos qué es Dark Matter y qué papel juega este material en la creación de un agujero negro … si lo hay.
Las galaxias en sí mismas no están “en expansión”. Algunos simplemente siguen atrayendo otra materia cercana (y materia oscura) en ellos. Muchos parecen haber dejado de crecer. Y cuanto más lejos está una galaxia en realidad, la probabilidad es muy alta, de que ya no aparezca como la vemos actualmente. Sin embargo, toda esta materia galáctica parece estar dibujada en la dirección de un SMBH central para ser subsumida por él.
También parece que solo el espacio entre las galaxias parece estar expandiéndose y, por lo tanto, también el universo en general.

Eric Anson ya ha dado una excelente explicación de cómo la gravedad de un agujero negro no es diferente a la gravedad de cualquier otro objeto masivo. Además, las galaxias no se están expandiendo, solo el espacio entre ellas.

Me gustaría agregar que los agujeros negros supermasivos son generalmente muy pequeños en relación con la galaxia anfitriona.
El agujero negro “supermasivo” que es Saggitarius A tiene alrededor de 4 millones de masas solares, pero la masa de la galaxia de la Vía Láctea es de alrededor de 800 mil millones de masas solares. El agujero negro es, por lo tanto, solo el 0,0005% de la masa total, por lo que su efecto en la galaxia en su conjunto es realmente insignificante.