Định luật vật lý nào giải thích tại sao vật chất chảy từ ngôi sao đồng hành quay quanh quỹ đạo nhanh khi gần lỗ đen?

Câu trả lời:

Trọng lực giải thích tại sao vật chất quay quanh một lỗ đen nhanh chóng.

Giải trình:

Newton phương trình chuyển động của các vật thể trên quỹ đạo. Lực hấp dẫn tác dụng lên một vật được mô tả bằng phương trình:

# F = (GMm) / r ^ 2 #

Ở đâu # G # là hằng số hấp dẫn, # M # là khối lượng của cơ thể mà vật thể đang quay xung quanh, # m # là khối lượng của vật thể quay quanh và # r # là khoảng cách xa nhau.

Lực hướng tâm cần thiết để giữ một vật thể trên quỹ đạo được đưa ra theo phương trình:

# F = (mv ^ 2) / r #

Ở đâu # v # là tốc độ của vật thể quay quanh.

Khi một vật thể ở trên quỹ đạo, hai lực này bằng nhau:

# (GMm) / r ^ 2 = (mv ^ 2) / r #

Chia theo # m # và nhân với # r # cho:

# v ^ 2 = (GM) / r #

Trong kịch bản # M # là khối lượng của lỗ đen sẽ khá lớn. Lỗ đen cũng sẽ khá nhỏ. Khi vật chất tiến gần đến lỗ đen, giá trị của # r # sẽ dần dần nhỏ hơn và do đó tốc độ # v # sẽ ngày càng lớn hơn.

Do đó, vật chất càng gần lỗ đen thì nó sẽ quay quanh càng nhanh.

Một khi vật chất trở nên khá gần với lỗ đen, các hiệu ứng của thuyết tương đối rộng trở nên đáng kể, nhưng phương trình chuyển động của Newton đủ gần ở khoảng cách xa hơn.