Los agujeros negros deberían tener discos de acreción desde los cuales la materia cae dentro de ellos, y después de cruzar el horizonte de sucesos, la materia ya no debería tener una forma de salir. ¿Podría algo afectar este orden de cosas?
Una vez que llegue al horizonte de eventos de un agujero negro, no podrá salir. No existe tal velocidad que ayude a salir de allí, incluso la velocidad de la luz no es suficiente para esto. Pero, según la relatividad general, el espacio se dobla en presencia de masa y energía, y la fusión de agujeros negros es uno de los escenarios más extremos de la naturaleza. ¿Es posible caer en un agujero negro, cruzar el horizonte de eventos y luego escapar de allí mientras este horizonte se distorsiona como resultado de una fusión masiva? Esta pregunta surgió de nuestro lector:
La idea, por supuesto, es una locura. ¿Pero está lo suficientemente loca como para trabajar? Vamos a averiguar.
norte
Cuando la vida útil de una estrella masiva llega a su fin, o cuando se fusionan remanentes suficientemente masivos de estrellas, el resultado puede ser un BH. El horizonte de sucesos será proporcional a su masa, y alrededor de él habrá un disco de acumulación de materia que caerá en él.
Por lo general, un BH se forma cuando el núcleo de una estrella masiva colapsa, lo que ocurre después de una explosión de supernova, cuando las estrellas de neutrones se fusionan o durante el colapso directo. Hasta donde sabemos, cada BH está compuesto de materia que anteriormente formaba parte de una estrella, por lo que un BH en muchos sentidos es la forma final de los remanentes estelares. Algunas BH aparecen aisladas, mientras que otras son parte de un sistema binario o incluso de un sistema de varias estrellas. Con el tiempo, los BH no solo pueden acercarse en espiral y fusionarse, sino que también pueden absorber otra materia que cae en el horizonte de eventos.
En el caso de un Schwarzschild BH, caer en él conduce a la singularidad y la oscuridad. No importa en qué dirección te muevas, cuánto aceleres, etc., cruzar el horizonte conducirá inevitablemente a un encuentro con una singularidad.
Video promocional:
Cuando algo cruza el horizonte de eventos de BH desde el exterior, esa materia está condenada al fracaso. En tan solo unos segundos, inevitablemente encontrará una singularidad en el centro del BH: en el caso de un BH no giratorio, será un punto, y en el caso de un BH giratorio, será un anillo. El propio BH no tiene memoria de qué partículas cayeron en él y cuál era su estado cuántico. Desde el punto de vista de la información, solo quedan la masa total, la carga y el momento angular del BH.
En los últimos momentos antes de la fusión, el espacio-tiempo alrededor de un par de BH se distorsionará y la materia seguirá cayendo en ambos BH desde el espacio que los rodea. No hay un solo momento en el que pueda haber una oportunidad de escapar del interior del horizonte de sucesos al exterior.
Entonces uno puede imaginar una situación en la que la materia cae en un BH en las últimas etapas de fusión, cuando un BH está listo para fusionarse con otro. Dado que los BH, en teoría, siempre deberían tener discos de acreción, y en el espacio interestelar siempre hay materia volando en algún lugar, las partículas deben cruzar constantemente el horizonte de eventos. Aquí todo está claro, y podemos considerar una partícula que acaba de entrar en el horizonte de eventos, en los últimos momentos antes de la fusión.
norte
¿Puede huir? ¿Puede "saltar" de un BH a otro? Examinemos la situación en términos de espacio-tiempo.
Simulación por computadora de la fusión de dos agujeros negros y el espacio-tiempo distorsionado por ellos. Las ondas gravitacionales se emiten en abundancia, pero la materia no debe escapar.
Cuando dos BH se fusionan, la fusión en sí ocurre después de un largo período de aproximación en espiral, durante el cual la energía se irradia hacia afuera en forma de ondas gravitacionales. Se emite hasta el último momento antes de la fusión. Pero debido a esto, los horizontes de eventos de ambos BH no se comprimen; esta energía aparece debido a la deformación cada vez mayor del espacio-tiempo en el área del centro de masa. Uno puede imaginar un proceso similar en el que se perdería la energía del planeta Mercurio; como resultado, el planeta se acercaría al Sol, pero esto no cambiaría las propiedades del Sol y Mercurio.
Sin embargo, en los últimos momentos antes de la fusión del BH, los horizontes de eventos comienzan a distorsionarse debido a su influencia gravitacional entre sí. Afortunadamente, los científicos numéricos de la teoría de la relatividad ya han calculado exactamente cómo afecta esta fusión a los horizontes de eventos, y este es un cálculo increíblemente informativo.
A pesar del hecho de que hasta el 5% de la masa total de un BH antes de fusionarse puede escapar hacia afuera en forma de ondas gravitacionales, se puede observar que los horizontes de eventos nunca se contraen; aparece una conexión entre ellos, se distorsionan ligeramente y luego aumentan de volumen. El último punto es importante: si tomamos dos BH de la misma masa, sus horizontes de eventos ocuparán un cierto volumen. Si los fusionamos y creamos un BH de doble masa, entonces el volumen ocupado por el horizonte de eventos será cuatro veces mayor que el volumen total que ocuparon los horizontes de eventos de dos BH. La masa del BH es directamente proporcional a su radio y el volumen es proporcional al cubo del radio.
Hemos encontrado muchos BH, y para todos ellos, el radio del horizonte de eventos es directamente proporcional a la masa. ¡Duplica la masa, el radio se duplica, el área de la superficie del horizonte se cuadruplica y el volumen se cuadruplica!
Resulta que incluso si mantiene una partícula estacionaria dentro del BH y la hace caer lo más lentamente posible a la singularidad en el centro, todavía no podrá salir del horizonte de eventos. El volumen total del horizonte de eventos total está aumentando, no disminuyendo, e independientemente de la trayectoria de una partícula que cruce el horizonte de eventos, está destinado a ser tragado para siempre por la singularidad combinada de ambos BH.
En muchos escenarios de colisión en astrofísica, hay un "estallido" cuando la materia del interior de un objeto es expulsada hacia afuera durante un cataclismo. Pero en el caso de la fusión de BH, todo lo que estaba adentro permanece adentro; la mayor parte de lo que estaba afuera va adentro; sólo una pequeña parte de lo que había afuera puede, en principio, escapar. Si algo ha caído dentro, está condenado, y nada lo cambiará, sin importar lo que arrojes al BH, ¡incluso otro BH!
