Cuando una estrella se convierte en un agujero negro, ¿su campo gravitatorio se vuelve más fuerte?

En realidad, no tiene la misma masa, tiene una masa significativamente menor que su estrella precursora. Algo así como el 90% de la estrella desaparece en el evento de supernova (Tipo II) que causa los agujeros negros.

El radio de Schwarzschild es el radio en el que, si la masa de un objeto se comprimiera en una esfera de ese tamaño, la velocidad de escape en la superficie sería la velocidad de la luz.$c$; esto esta dado por

Cuando miras un programa de televisión de ciencia pop, debes tomar todo lo que ves con un grano de sal muy saludable. Este es particularmente el caso si el presentador del programa no es un científico, pero incluso cuando un científico es el presentador, debes sospechar.

Los agujeros negros estelares no se convierten en monstruos que alcanzan y arrancan objetos de los cielos. Desde lejos, un agujero negro no se comporta de manera diferente gravitacionalmente que un objeto ordinario de igual masa. Solo cuando un objeto se acerca mucho, los agujeros negros se comportan de manera diferente. Tenga en cuenta que este "muy cerca" significa lo que estaría bien en el interior del objeto ordinario.

En todo caso, los agujeros negros estelares son pequeños gatitos en lugar de grandes monstruos en comparación con las estrellas que los generaron. Las supernovas que generan agujeros negros estelares expulsan una gran parte de su masa durante el evento de supernova, tanto como energía como materia expulsada. El agujero negro resultante tiene una masa mucho más pequeña que la estrella madre.

Si la estrella madre es miembro de una estrella binaria cercana, el agujero negro aún podría extraer masa de la otra estrella. ¿Pero alcanzar e inhalar planetas? Eso es simplemente mala ciencia pop.

Excepto por la atmósfera exterior de una gigante roja que es un par binario cercano de un agujero negro estelar, sería asombroso que un agujero negro estelar engullera cualquier cosa. Se necesitaría mucha energía para enviar intencionalmente algo muy cerca de un agujero negro. A modo de analogía, la humanidad ha enviado cuatro satélites fuera del sistema solar (con un quinto en camino), pero solo hemos enviado dos misiones a Mercurio. La razón es que se necesita mucha energía (¡mucha energía!) para llegar a Mercurio. Escapar del sistema solar es pan comido en comparación con llegar a Mercurio. Se necesitaría aún más energía para acercarse mucho a la superficie del Sol. Si nuestro Sol fuera, en cambio, un agujero negro de una masa solar, se necesitaría mucha, mucha más energía para enviar algo dentro de unos pocos radios de Schwarzschild del agujero negro.

En realidad, es al revés: cuando una estrella colapsa para formar un agujero negro, sus planetas (si los tiene) se desatarán y volarán hacia el infinito.

La razón es sencilla: cuando la estrella explota para formar un objeto compacto (estrella de neutrones o agujero negro), libera la mayor parte de su masa en forma de explosión de Supernova, de modo que el objeto central alrededor del cual orbita el planeta tiene una masa mucho menor. que la estrella original. La menor disminución es aproximadamente de un$8 M_\odot$estrella a un$1.4 M_\odot$estrella de neutrones, dando una reducción mínima de aproximadamente un factor de 6.

Ahora consideremos lo que le sucede al planeta. Antes de la explosión, su energía cinética$K$es la mitad del módulo de su energía potencial$W$:

Pero después de la explosión, mientras que la velocidad del planeta no cambia, su energía potencial$W = -GM_\star M_{planet}/r$se reduce porque$M_\star$ha disminuido en al menos un factor de$6$: la nueva energía potencial$-W_{final} < -W_{initial}/6$. De ahí la nueva energía.

la energía total final es positiva, el planeta está separado de la estrella, simplemente volará lejos de ella.

Si mide la fuerza a gran distancia de la aceleración gravitacional $g\approx \frac{GM}{r^2}$de una estrella/agujero negro con la suposición de que su distancia$r$está mucho más lejos que las diversas partes de la masa, la onda de choque y el material expulsado; después$g\approx \frac{GM}{r^2}$es (dentro de un porcentaje más o menos) el mismo antes y después de la supernova . Esto es así (i) porque podemos (con esa precisión) ignorar la fracción de energía en la supernova que proviene de partículas ultrarrelativistas que consisten principalmente en neutrinos, y (ii) debido a los efectos promedio similares al teorema de la capa de Newton y al teorema de Birkhoff .

Una estrella puede ser tan grande que su colapso en un agujero negro no permita la supernova, por lo que no se pierde masa de esta manera, ni siquiera localmente. Parte de la masa/energía se pierde por una onda gravitacional que puede representar el 10-20% de la masa/energía disponible. Esto puede permitir que algunos planetas escapen del sistema. La amplitud local de la onda gravitatoria podría causar mucho más daño a los planetas que la supernova. Más cosas para la ciencia ficción. El observador distante, nosotros con nuestros instrumentos y LIGO, nos espera un momento mucho más interesante. La ciencia ficción es aburrida en comparación con la realidad científica.