Una vez que ingrese al horizonte de eventos de un agujero negro, nunca lo abandonará. No hay velocidad que puedas tomar, ni siquiera la velocidad de la luz, para sacarte. Pero en la relatividad general, el espacio se curva en presencia de masa y energía, y la fusión de agujeros negros es uno de los escenarios más extremos para tal curvatura. ¿Hay alguna forma de entrar en un agujero negro, cruzar el horizonte de eventos y luego irse cuando el horizonte de eventos se curva por una fusión masiva?
Cuando dos agujeros negros se fusionan, ¿puede escapar la materia dentro del horizonte de sucesos de un agujero negro? ¿Pueden recoger y migrar a otro (agujero negro más masivo)? ¿Qué tal ir más allá de ambos horizontes?
Esta idea es definitivamente una locura. ¿Pero está lo suficientemente loca como para trabajar? El físico Ethan Siegel nos ayudará a responder esta pregunta.
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Cuando una estrella suficientemente masiva deja de existir, o cuando dos remanentes estelares suficientemente masivos se fusionan, se puede formar un agujero negro con un horizonte de eventos proporcional a su masa y un disco de acreción en el que la materia que rodea al agujero negro se arremolina.
Un agujero negro, por regla general, se forma durante el colapso del núcleo de una estrella masiva, ya sea después de una explosión de supernova, o una fusión de estrellas de neutrones, o durante un colapso directo. Hasta donde sabemos, cada agujero negro se forma a partir de materia que alguna vez ha sido parte de una estrella, por lo que, en muchos sentidos, los agujeros negros son los últimos restos de estrellas. Algunos agujeros negros se forman de forma aislada; otros pasan a formar parte de un sistema dual. Con el tiempo, los agujeros negros no solo pueden formar una espiral y fusionarse, sino que también absorben otra materia que cae en el horizonte de eventos.
En un agujero negro de Schwarzschild, caer hacia adentro conduce a la singularidad y la oscuridad. No importa en qué dirección viaje, cómo acelere, etc., cruzar el horizonte de eventos significa una colisión inevitable con una singularidad.
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Cuando algo cruza el horizonte de eventos del agujero negro desde el exterior, está condenado. En cuestión de segundos, el objeto alcanzará una singularidad en el centro del agujero negro: puntos para un agujero negro no giratorio y anillos para uno giratorio. El agujero negro en sí no recuerda qué partículas cayeron en él o cuál es su estado cuántico. En cambio, todo lo que queda, en términos de información, es la masa total, la carga y el momento angular del agujero negro.
En la etapa final, antes de la fusión, el espacio-tiempo que rodea al agujero negro se interrumpirá a medida que la materia continúe cayendo en ambos agujeros negros desde el medio ambiente. Bajo ninguna circunstancia debe suponer que algo puede escapar desde dentro del horizonte de eventos.
Por lo tanto, uno puede imaginar un escenario en el que la materia cae en un agujero negro durante las etapas finales de una fusión, cuando un agujero negro está a punto de fusionarse con otro. Dado que los agujeros negros siempre deben tener discos de acreción y la materia vuela constantemente en el medio interestelar, las partículas cruzarán constantemente el horizonte de eventos. Todo es simple aquí, así que consideremos una partícula que cayó en el horizonte de eventos antes de los momentos finales de la fusión.
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¿Teóricamente podría escapar? ¿Puedes "saltar" de un agujero negro a otro? Veamos la situación en términos de espacio-tiempo.
Simulación por computadora de dos agujeros negros fusionados y la curvatura del espacio-tiempo causada por ellos. Aunque las ondas gravitacionales se emiten constantemente, la materia en sí no puede escapar.
Cuando dos agujeros negros se fusionan, lo hacen después de un largo período de espiral, durante el cual se emite energía en forma de ondas gravitacionales. Hasta los momentos finales antes de la fusión, la energía se emite y se va volando. Pero esto no puede hacer que el horizonte de sucesos o incluso el agujero negro se contraigan; en cambio, la energía proviene del espacio-tiempo en el centro de masa, que se deforma cada vez más. Con tal éxito sería posible robar energía del planeta Mercurio; giraría más cerca del Sol, pero sus propiedades (o propiedades del Sol) no cambiarían de ninguna manera.
Sin embargo, cuando llegan los últimos momentos de la fusión, los horizontes de eventos de los dos agujeros negros se deforman por la presencia gravitacional de cada uno. Afortunadamente, los relativistas ya han calculado numéricamente cómo la fusión afecta los horizontes de eventos, y es impresionantemente informativo.
A pesar de que hasta el 5% de la masa total de los agujeros negros antes de la fusión puede emitirse en forma de ondas gravitacionales, el horizonte de eventos nunca se contrae. Lo importante es que si se toman dos agujeros negros de igual masa, sus horizontes de eventos ocuparán una cierta cantidad de espacio. Cuando se combina para crear un agujero negro de doble masa, el volumen de espacio ocupado por el horizonte sería cuatro veces el volumen original de los agujeros negros combinados. La masa de los agujeros negros es directamente proporcional a su radio, pero el volumen es proporcional al cubo del radio.
Aunque hemos encontrado muchos agujeros negros, el radio de cada horizonte de eventos es directamente proporcional a la masa del agujero, y este es siempre el caso. Duplica la masa, duplica el radio, pero el área se cuadruplicará y el volumen se cuadruplicará.
Resulta que incluso si mantiene la partícula en el estado más inmóvil dentro del agujero negro y cae lo más lentamente posible hacia la singularidad, no hay forma de que salga. El volumen total de horizontes de eventos coubicados aumenta durante las fusiones de agujeros negros, y no importa cuál sea la trayectoria de una partícula que cruza el horizonte de eventos, está condenada a ser tragada por la singularidad combinada de ambos agujeros negros.
En muchos escenarios de la astrofísica, las eyecciones aparecen cuando la materia escapa de un objeto durante un cataclismo. Pero en el caso de la fusión de los agujeros negros, todo lo que hay adentro permanece adentro; la mayor parte de lo que estaba afuera es absorbido y solo una pequeña parte de lo que estaba afuera puede escapar. Al caer en un agujero negro, estás condenado. Y otro agujero negro no cambiará el equilibrio de poder.
Ilya Khel
