durante una fusión de agujero negro?
Comenzó con una explosión
El universo está ahí fuera, esperando que lo descubras
A pesar de que los agujeros negros deben tener discos de acreción, y la materia que cae desde ellos, no parece ser posible escapar desde el horizonte del evento una vez que se cruza. ¿Podría algo cambiar eso? Crédito de la imagen: NASA / Dana Berry (Skyworks Digital)
Por Ethan Siegel. para Forbes Noviembre 10 de 2017
Las opiniones expresadas por Ethan Siegel, colaborador de Forbes son suyas.
Pregúntele a Ethan: ¿Podría la materia escapar del horizonte del evento durante una fusión de agujero negro?
Una vez que caes en el horizonte de sucesos de un agujero negro, nunca puedes escapar. No hay velocidad a la que puedas viajar, ni siquiera la velocidad de la luz, que te permita salir. Pero en la Relatividad General, el espacio se curva por la presencia de masa y energía, y la fusión de los agujeros negros es uno de los escenarios más extremos de todos. ¿Hay alguna forma de que puedas caer en un agujero negro, cruzar el horizonte de sucesos y luego escapar cuando el horizonte de sucesos de tu agujero negro se distorsiona por una fusión masiva? Esa es la pregunta de Chris Mitchell, quien pregunta:
Si se combinan dos agujeros negros, ¿es posible que escape la materia que estaba dentro del horizonte de sucesos de un agujero negro? ¿Podría escapar y migrar al otro (agujero negro más masivo)? ¿Qué hay de escapar al exterior de ambos horizontes?
Es una idea loca, para estar seguro. ¿Pero es lo suficientemente loco para trabajar? Vamos a averiguar.
Cuando una estrella lo suficientemente masiva termina su vida, o dos remanentes estelares lo suficientemente masivos se fusionan, se puede formar un agujero negro, con un horizonte de eventos proporcional a su masa y un disco de acreción de materia que lo rodea. Cerdit de imagen: ESA / Hubble, ESO, M. Kornmesser
La forma en que se forma un agujero negro suele ser por el colapso del núcleo de una estrella masiva, ya sea después de una explosión de supernova, una fusión de estrella de neutrones o por colapso directo. Hasta donde sabemos, todos los agujeros negros se forman a partir de la materia que una vez fue parte de una estrella, y por lo tanto, en muchos sentidos, los agujeros negros son el último resto estelar. Algunos agujeros negros se forman de forma aislada; otros se forman como parte de un sistema binario o incluso uno con múltiples estrellas. Con el tiempo, los agujeros negros no solo pueden inspiral y fusionarse, sino que devoran otra materia que cae dentro del horizonte de sucesos.
En un agujero negro de Schwarzschild, caer en te lleva a la singularidad y la oscuridad. No importa en qué dirección viaje, cómo acelere, etc., un cruce en el horizonte del evento significa un encuentro inevitable con una singularidad. Crédito de la imagen: (Ilustración) ESO, ESA / Hubble, M. Kornmesser
Cuando algo se cruza en el horizonte de sucesos de un agujero negro desde el exterior, esa materia queda inmediatamente condenada. Inevitablemente, en cuestión de segundos, se encontrará con la singularidad en el centro de un agujero negro: un punto único para un agujero negro no giratorio y un anillo para uno giratorio. El agujero negro en sí no tendrá memoria de qué partículas cayeron o cuál fue su estado cuántico. En cambio, todo lo que quedará, información-sabio, es lo que es ahora la masa total, la carga y el momento angular del agujero negro.
En las etapas finales previas a la fusión, el espaciotiempo que rodea a un par de agujeros negros se distorsionará, ya que la materia continúa cayendo en ambos agujeros negros del entorno circundante. En ningún momento parece que algo tendrá la oportunidad de escapar desde el interior hacia el exterior de un horizonte de eventos. Crédito de la imagen: NASA / Ames Research Center / C. Henze
Entonces, puede imaginar un escenario donde la materia cae en un agujero negro durante las etapas finales previas a la fusión, cuando un agujero negro está a punto de combinarse con otro. Como siempre se espera que los agujeros negros tengan discos de acreción, y en todo el espacio interestelar hay material que simplemente pasa a toda velocidad, debe tener partículas que crucen el horizonte de eventos todo el tiempo. Esa parte es obvia, por lo que tiene sentido considerar una partícula que acaba de entrar en el horizonte de eventos antes de los momentos finales de una fusión.
¿Podría posiblemente escapar? ¿Podría "saltar" de un agujero negro al otro? Examinemos la situación desde una perspectiva de espacio-tiempo.
Simulación por computadora de dos agujeros negros fusionados y las distorsiones espaciotemporales que causan. Si bien las ondas gravitacionales se emiten copiosamente, no se espera que la materia escapa. Crédito de la imagen: Werner Benger, cc by-sa 4.0
Cuando dos agujeros negros se fusionan, lo hacen solo después de un largo período de inspiración, donde la energía se irradia a través de ondas gravitacionales. Antes de los momentos finales anteriores a la fusión, la energía se irradia lejos. Pero eso no hace que el horizonte de eventos de ninguno de los agujeros negros se reduzca; más bien, esa energía proviene del espacio-tiempo en la región del centro de masa que se deforma cada vez más. Es lo mismo que si robases energía del planeta Mercurio; orbitaría más cerca del Sol, pero ninguna propiedad de Mercurio o del Sol necesitaría cambiar.
Sin embargo, cuando los momentos finales de la fusión están sobre nosotros, los horizontes de eventos de los dos agujeros negros se deforman por la presencia gravitatoria de los otros. Afortunadamente, los relativistas numéricos ya han resuelto exactamente cómo esta fusión afecta los horizontes del evento, y es espectacularmente informativo.
A pesar de que hasta ~ 5% del total de la masa previa a la fusión de los agujeros negros se puede irradiar en forma de ondas gravitacionales, notará que los horizontes del evento nunca se reducen; simplemente crean una conexión, se distorsionan un poco y luego aumentan en volumen total. Ese último punto es importante: si tengo dos agujeros negros de igual masa, sus horizontes de eventos ocupan una cierta cantidad de volumen en el espacio. Si los fusiono para crear un único agujero negro con el doble de la masa de los dos originales, la cantidad de volumen tomada por el horizonte de eventos ahora es cuatro veces el volumen original de los agujeros negros combinados. La masa de un agujero negro es directamente proporcional a su radio, pero el volumen es proporcional al radio en cubos.
Si bien hemos descubierto un gran número de agujeros negros, tenga en cuenta que el radio del horizonte de eventos de cada uno es directamente proporcional a su masa. Duplique la masa, duplique el radio, pero eso significa que el área se multiplica por cuatro y el volumen se multiplica por ocho. Crédito de la imagen: LIGO / Caltech / Sonoma State (Aurore Simonnet)
Resultó que, incluso si mantuvieras una partícula lo más cerca posible de la estacionaria dentro de un agujero negro, y la hicieras caer hacia la singularidad lo más lentamente posible, no hay forma de que salga. El volumen total de los horizontes de eventos combinados durante una fusión de agujero negro aumenta, no disminuye, y no importa cuál sea la trayectoria de una partícula de cruce de horizonte de evento, está destinada a ser ingerida por la combinación de ambos agujeros negros. .
En muchos escenarios de colisión en astrofísica, hay eyecciones, donde la materia del interior de un objeto se escapa durante un evento catastrófico. Pero en el caso de la fusión de agujeros negros, todo lo de adentro permanece dentro; la mayor parte de lo que estaba afuera queda atrapada; y solo un poquito de lo que estaba afuera podría escapar. Una vez que caes, estás condenado, y nada de lo que arrojes en ese agujero negro, ni siquiera otro agujero negro, cambiará eso.
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El astrofísico y autor Ethan Siegel es el fundador y escritor principal de Starts With A Bang! Sus libros, Treknology y Beyond The Galaxy, están disponibles dondequiera que se vendan libros.
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