Lo que sé sobre los agujeros negros (corríjanme si me equivoco) es que son los objetos más compactos del universo que se han descubierto. Debido a toda esa gravedad, ¿no serían los agujeros negros un esferoide perfecto , algo así como los planetas son esferoides (debido a las fuerzas centrífugas)? ¿Puedes medir la geometría de un agujero negro debido a su poder de deformar el espacio-tiempo?
La forma del horizonte de sucesos de un agujero negro depende de quién pregunte. Los observadores que se mueven rápidamente hacia un agujero, por ejemplo, verán una forma diferente en comparación con los que no lo hacen.
Según @benrg, el horizonte de eventos de un agujero negro estático no depende del observador, de manera similar a como no lo es la forma de un destello de luz en expansión.
En las coordenadas apropiadas para observadores "inerciales" muy distantes, el horizonte de sucesos de un agujero negro sin carga y sin rotación en equilibrio es esférico. Si el agujero está girando, el horizonte de sucesos sobresaldrá a lo largo del ecuador como cualquier otro objeto giratorio.
Sí, son esferas perfectas. Pero entendamos qué es la esfera y por qué.
Las superficies esféricas son los horizontes. Son superficies en el espacio que tienen una geometría esférica perfecta. Ahora, eso solo es cierto para varias condiciones:
1) son agujeros negros estáticos, y si surgieron del colapso de materia/energía están en sus estados de equilibrio. Hay agujeros negros que no son esféricos, que giran y que se llaman estacionarios. Los de simetría esférica se llaman agujeros negros de Schwarzchild, los otros Kerr (y Kerr Newman si están cargados).
2) deben ser exactamente esféricamente simétricos o no son estáticos. Una pequeña protuberancia que se forma en él (por ejemplo, debido a la caída de materia) desaparece rápidamente a medida que la radiación gravitatoria (y de otro tipo) se produce fuera del horizonte y asienta todo el agujero negro en una simetría perfecta. Lo mismo es cierto si son agujeros negros de Kerr, cualquier perturbación volverá a Kerr (o Kerr Newman si adquirió alguna carga de la materia que cae). Para los agujeros negros de Kerr o Kerr Newman la rotación provoca una geometría no esférica, más elipsoidal
3) lo anterior es cierto para los llamados agujeros negros perennes. Este es un punto un poco fino que realmente no necesita ser pensado mucho en esta vista. Los agujeros negros astrofísicos se acercan a las geometrías perfectas de los agujeros negros exponencialmente rápido, pero todavía existe cierta controversia sobre si finalmente terminará. Para todos los propósitos físicos y astrofísicos, excepto para las consideraciones de gravedad cuántica, todo eso es irrelevante. Se dirá a veces que es un horizonte aparente, no final. Todavía puedes pensar en ello como un horizonte.
4) ¿Por qué sucede eso, que se deshacen de las protuberancias y pequeñas desviaciones de esféricas o de Kerr? Porque GR requiere agujeros negros que no tengan esas simetrías para irradiar las perturbaciones. Hay un famoso teorema que dice 'Los agujeros negros no tienen pelo'. El cabello está destinado a ser todas esas perturbaciones. En esencia, todo lo que se puede irradiar lo es, y las únicas propiedades que permanecen con el agujero negro y definen la geometría y la métrica son su masa (qué tan grande), su momento angular (rotación) y su carga. Esos se conservan porque las leyes de conservación así lo exigen. Las leyes de conservación se deben a simetrías más profundas.
Edición menor agregada: hay mucho que se puede discernir sobre la geometría y la forma del horizonte a partir de las ondas gravitacionales creadas. Las ondas gravitacionales tendrán momentos cuádruples pero también momentos de n polos específicos y bien conocidos que son más difíciles de medir. Uno puede medirlos y obtener comparaciones de los valores medidos frente a los modelados y, por lo tanto, obtener información sobre las desviaciones de los agujeros negros de Kerr esperados mientras los agujeros negros están en espiral muy cerca y sumergiéndose entre sí, y finalmente estableciéndose. Cualquier desviación dirá algo sobre la dinámica y, por lo tanto, si sigue GR a niveles de aproximación más finos que los que se han hecho hasta ahora. Para hacer eso, necesitaremos SNR más altas y también una gama más amplia de frecuencias para cubrir también agujeros negros aún más grandes, incluidos los supermasivos y los cosmológicos. Por lo general, necesitará interferómetros más grandes y, para los realmente grandes, basados en el espacio. Los detalles son algo detallados. En cualquier caso, esto va mucho más allá de la pregunta formulada, y si está interesado haga otra pregunta.
Consulte los diversos artículos de Wikipedia sobre agujeros negros, horizontes y los dos tipos de agujeros negros con nombre.
Un teorema conocido como teorema de Israel establece que, dado un espaciotiempo asintóticamente de Minkowski, las únicas soluciones espaciotemporales estáticas válidas (con una serie de suposiciones de regularidad) de las ecuaciones de campo de Einstein (EFE) son las de Schwarzschild . La definición técnica de "estático" excluye la rotación, como la solución de Kerr . Un teorema similar, para espaciotiempos "estacionarios" en lugar de "estáticos", muestra que la única solución es la solución de Kerr, nuevamente bajo suposiciones razonables.
El teorema de Israel fue el comienzo de los teoremas de unicidad de los agujeros negros, muy relacionados con los teoremas "sin pelo" de los agujeros negros . Es muy fácil crear espaciotiempos asintóticamente planos. Por ejemplo, si tiene una silla sentada en el espacio-tiempo, esto puede crear una métrica de espacio-tiempo estacionaria muy complicada que es asintóticamente plana. Los teoremas de unicidad de los agujeros negros muestran que no se puede crear una "métrica similar a una silla" complicada si solo se tiene vacío. Tiene que ser uno de estos simples espaciotiempos.
Esto no descarta cosas como el anillado de agujeros negros , donde el horizonte depende del tiempo y su amplitud decae con el tiempo, pero las magnitudes de oscilación nunca disminuyen exactamente, matemáticamente, a cero. Sin embargo, en física, si una amplitud es como y segundos... la amplitud es cero. Así que sí, los agujeros negros son esencialmente esferoides perfectos porque decaerán en los espacios-tiempos asintóticamente planos únicos (suficientemente regulares) dados por los teoremas de unicidad de los agujeros negros.
(Aprendí todo esto, incluida la visualización de la silla, de Lee Lindblom en el departamento de física de UCSD)
No es posible saberlo. La razón por la que se llaman agujeros es que son agujeros en el espacio/tiempo, por lo que conceptos como longitud, tamaño, distancia y tiempo ya no tienen significado en el sentido convencional. Del mismo modo, si bien pueden ser los objetos más compactos que se conocen, no hay evidencia que sugiera que deben ser uniformes. Si está hablando del horizonte de eventos en lugar del objeto, entonces debe ser esférico por su propia definición, siendo esa distancia desde el centro de gravedad donde la velocidad de escape gravitacional excede c.
JDługosz