¿Cómo escapa parte de la masa del agujero negro (BH) del horizonte de sucesos (EH) de BH o del EH fusionado de dos BH fusionados?

La masa de un agujero negro es una cantidad sorprendentemente esquiva. Si escribe el tensor de tensión-energía para un agujero negro, encontrará que es cero en todas partes excepto en la singularidad donde no está definido. Es por esta razón que el agujero negro se describe como una solución de vacío .

Cuando hablamos de la masa de un agujero negro la cantidad a la que nos referimos es la masa ADM , y esta es una cantidad que se calcula a partir de la geometría del espacio-tiempo.

El punto de todo esto es que si la geometría de alguna área del espacio-tiempo cambia, su masa ADM también cambiará, y dado que la fusión de dos agujeros negros ciertamente cuenta como el cambio de geometría, no debería sorprendernos que la masa total cambie. No hay razón para esperar que se conserve la suma de las masas de los agujeros negros iniciales, y de hecho no es así.

La masa de BH es una cantidad conservada y no puede escapar del horizonte de un BH.

Todo con lo que interactúas está fuera del horizonte. Absolutamente todo. Lo que llamas masa es una etiqueta que le das a cierto tipo de curvatura que se encuentra fuera de un agujero negro. Lo que sucedió es que la materia que cayó en el agujero negro dejó el exterior curvo al pasar. Así es también como se curvó el espacio-tiempo fuera de la tierra y cómo se curvó el espacio-tiempo fuera del sol. La materia que cae deja el espacio-tiempo exterior curvo. Eso es en realidad lo que hace la materia.

Si tiene una capa esférica de masa sobre un planeta, tiene una solución de tipo$M+m$encima del caparazón y una solución de tipo$M$entre la capa y la superficie del planeta. Estas son dos soluciones diferentes, y la diferencia es de tipo$m$y conectar las dos soluciones es exactamente lo que una masa de masa$m$hace. A medida que el caparazón cae por la región que tiene tipo$M+m$se hace más grande (es la parte de arriba del caparazón y el caparazón se cae).

Sin embargo, en las fusiones, un porcentaje (en GW150914 fue alrededor del 5 por ciento, o 3 masas solares) de la masa binaria escapó antes (uno de los dos horizontes BH) o después de que comenzó la fusión (fusión de un horizonte, de los horizontes fusionados), y se convirtió en ondas gravitacionales.

Eso no es correcto. Agreguemos otro nivel de precisión a ese modelo de caparazón. Primero notaremos que no es la masa en la materia lo que conecta los dos tipos de soluciones. Es la densidad de energía (y, en menor medida, la densidad de momento, el flujo de momento, la presión y el estrés, los cinco juntos forman el tensor de estrés-energía). A medida que cae la cáscara, la energía aumenta, pero el tipo de solución exterior permanece igual. Esto se debe a que más energía cercana realmente conecta las dos soluciones que la que se necesita para conectarlas más lejos.

Entonces podrías extraer energía de esa capa que cae y enviarla. Pero entonces tiene la misma cantidad de materia, pero menos energía. Y ahora también está más cerca. Entonces, en realidad conecta diferentes soluciones entre sí. Así que tienes el planeta, la capa exterior y encima tienes la energía que extrajiste y enviaste. Fuera de los tres tienes tipo$M+m$bajo la capa de energía que tienes$m/2+M$y bajo el caparazón todavía tienes$M.$Entonces, a medida que esa energía luego se expande hacia arriba y finalmente llega a ti (ahora es tan delgada y débil, debido a que se estiró sobre un área enorme que apenas la notas), entonces te conviertes en su interior y ves el tipo.$m/2+M$solución. Parece que algo de "masa" se ha ido de la solución, pero cada átomo todavía está allí.

¿Cuál es el punto en todo eso? Básicamente, la "masa" gravitacional de un objeto no es la suma de las masas de todas las partes. Y de hecho puede ser menor que la suma de las masas de las partes. Como en nuestro ejemplo.

Incluso sin gravedad, la masa de un sistema puede ser muy diferente a la suma de las masas de las partes. Pero lo que llamaste masa en un sistema gravitacional probablemente era energía de todos modos.

Así que ahora los dos agujeros negros tienen una masa que puede ser menor que la masa de los agujeros. Excelente. Y la energía podría extraerse de eso de la misma manera. Si las piezas se están moviendo, podemos reducir su velocidad mientras se acercan. Al igual que hicimos con el caparazón. Cada átomo de los objetos podría estar todavía allí. Pero les robamos su energía, por lo que el sistema del que forman parte puede tener una menor$M$parámetro.

La pregunta es ¿cómo se redujo la masa de BH?

El sistema de dos agujeros negros tiene un parámetro de masa que no es la suma de los parámetros de las partes. Ningún sistema real tiene un parámetro de masa que sea exactamente la suma de los parámetros de las partes. El sistema tiene algunas partes que se acercan y que se mueven. Al ralentizarlos entre sí, puede reducir el parámetro del sistema. Y eso es lo que sucede. Claro, aceleran. Pero se ralentizan en comparación con lo que habrían acelerado sin las olas.

¿Algunas partículas de masa virtual negativa cayeron en el BH?

No. Y la masa no es la suma de las masas de las partes, por lo que las partículas de masa negativa y una masa aditiva conservada no son la manera de pensar en nada.

Entonces, si no es eso, ¿cómo el potencial negativo que une la energía gravitatoria mutua de los dos BH roba masa de los binarios?

Sin ondas, los dos objetos en órbita serían un sistema combinado con su propia velocidad de rotación.$J$y tamaño$M$y cantidad de curvatura. Es un tipo de curvatura que podría originarse por cosas que giran rápidamente que están más cerca, o por cosas que giran más lentamente que están más lejos.

Comienzan como cosas más lejanas que giran más lentamente. Está bien. Cuando se acercan, podrían haberse movido de una manera que produzca el mismo$M$y$J$tipo de curvatura y eso requeriría tener algo más de rotación y algo más de energía cinética. Tener exactamente lo mismo$M$y$J$tendrían que tener energía y rotación adicionales muy específicas.

Pero cuando emiten las ondas, terminan siendo más lentas que la velocidad objetivo. Hacer la solución fuera de ellos es menor. Y es como el ejemplo de enviar esa capa de energía hacia arriba. Es la solución intermedia la que tiene un parámetro más pequeño. A medida que las olas se van, vemos el viejo$M$y$J$solución hasta que las ondas nos llegan, entonces estamos debajo de esa capa y vemos la más pequeña$M$solución.

Por favor, sin agitar la mano. He buscado en todas partes y solo veo argumentos que agitan la mano sobre el potencial u otra energía fuera de los BH, pero la masa es una cantidad interna (dentro de los horizontes) y conservada de BH.

La masa no es una cantidad interna (es una etiqueta asignada a las regiones del espacio-tiempo fuera de los horizontes). Y tampoco se conserva. O incluso aditivo. Si insistes en que lo es cuando no lo es, entonces no podrás aprender la física correcta. Y la energía no se conserva en la relatividad general, así que no estoy seguro de a qué apuntas de todos modos.

momento angular, se puede extraer (es decir, escapar de la EH). Momento angular a través del proceso de Penrose, tal vez carga también. ¿Es lo mismo para la masa?

Cuando extrae el momento angular bajando lentamente las partes, también extrae energía, que es lo que el parámetro$M$generalmente se correlaciona con.