¿Cambia la masa de una estrella cuando colapsa en un agujero negro?

Durante una supernova, una estrella destruye sus capas exteriores; esto en realidad reduce significativamente la masa de la estrella.

Cualquier estrella o planeta tiene una velocidad de escape: la más lenta que debe viajar un objeto para escapar del campo gravitatorio de la estrella/planeta. Para la Tierra, esto es 11,2 km/s. (Tenga en cuenta que este valor no tiene en cuenta ningún efecto atmosférico). Sin embargo, para un agujero negro, la velocidad de escape en el horizonte de sucesos (el "borde", en cierto sentido) del agujero negro es la velocidad de la luz,$c = 300,000 \text{ km/s}$. Para que algo dentro del horizonte de eventos escape a la atracción de un agujero negro, debe superar la velocidad de la luz, una imposibilidad física. Hay un cierto radio dependiente de la masa, el radio de Schwarzschild , al que un objeto debe reducirse para convertirse en un agujero negro.

La Ley de la Gravitación Universal de Newton, que usted declaró, no se aplica en su forma estándar a la luz. Más bien, debe usar la relatividad general de Einstein, que considera las fuerzas gravitatorias de una manera muy diferente a como lo hizo Newton. Sin embargo, la Ley de la Gravitación de Newton puede aplicarse intuitivamente aquí: cuando una estrella colapsa,$m$disminuye. Sin embargo,$r$se vuelve mucho más pequeño, por lo que el efecto neto de estos cambios es la creación de una fuerza gravitacional más fuerte en la superficie del objeto restante.

La formula$F=G \frac{m_1 \cdot m_2}{r^2}$solo es válido para masas puntuales. Sin embargo, se puede aplicar a masas no puntuales si es esféricamente simétrica. Introduzca el teorema de Shell :

1. Un cuerpo esféricamente simétrico afecta gravitacionalmente a los objetos externos como si toda su masa estuviera concentrada en un punto en su centro.

Entonces, cuando una estrella masiva esféricamente simétrica atrae un objeto en su superficie, es como si realmente estuviera atrayendo ese objeto desde una distancia igual a su radio.

2. Si el cuerpo es un caparazón esféricamente simétrico (es decir, una bola hueca), el caparazón no ejerce ninguna fuerza gravitacional neta sobre ningún objeto en el interior, independientemente de la ubicación del objeto dentro del caparazón.

Entonces, si coloca algo cerca del centro de esa estrella, aún puede escapar porque está experimentando fuerza debido a la masa debajo de ella.

Pero, cuando esa estrella colapsa a un volumen más pequeño, la fuerza debida a toda la masa en la superficie aumenta (porque es inversamente proporcional a$r$) que hace que escapar sea más difícil (aumenta la velocidad de escape requerida). Cuando este radio se reduce al radio de Schwarzschild , la velocidad de escape excede$c$.

Yo también estaba considerando esta pregunta. Ni la materia ni la energía pueden crearse ni destruirse, solo convertirse de una forma a otra. El consumo de material estelar por parte de una singularidad convertiría ese material estelar en energía estelar, pero sin otra forma de expresar esa energía, parece que la naturaleza no tiene más remedio que convertir con un 100% de eficiencia esa materia en energía gravitacional. Cuando modelo esto en mi mente, puedo imaginar una estrella de neutrones que choca con un objeto que inclina la balanza, la gota que colma el vaso, y los neutrones pierden su integridad y todo cae en una singularidad, y como esto sucede una inmensa onda de gravedad, un tsunami de gravedad, se impulsa hacia el universo, dejando un objeto que tiene más masa que la que tenía antes de colapsar. Exactamente cuánto más está más allá de mis habilidades matemáticas.