El destino del helio moviéndose hacia una singularidad

Tomaré la referencia de un observador cayendo con el átomo de helio. En el horizonte de Sucesos, la fuerza de marea a través de un átomo de helio sigue siendo mínima,$10^{-29}N$mucho menos que las fuerzas de Coulomb entre los electrones y el núcleo, aún menos que las fuerzas fuertes dentro del núcleo. Entonces, el átomo caerá a través del horizonte de eventos sin daño. (La región alrededor del agujero negro puede ser un lugar bastante violento, con muchos rayos X duros de la materia sobrecalentada, lo que probablemente habría ionizado el átomo, pero supongo que de alguna manera logra evitar esto)

A medida que pasa el horizonte de eventos, está condenado. Piense en la singularidad menos como un lugar en medio del agujero negro y más como un punto en el tiempo. Es inevitable que nuestro átomo de He llegue a ese punto. A medida que se acerque, las fuerzas de marea se harán más grandes, eventualmente lo suficiente como para separar el átomo. Describir lo que sucede ahora requeriría una buena descripción de la gravedad cuántica, que no tenemos.

No hay física que describa lo que sucede "después" de la singularidad. Piense en la singularidad como un punto en el tiempo, pero para el átomo también es el fin del tiempo para el átomo. Es posible que algo más allá de nuestra comprensión actual impida que se forme una singularidad, pero eso es especulación.

Esto se explica esquemáticamente en un diagrama de Penrose

La respuesta de @JamesK es prácticamente todo lo que necesita saber sobre este tema.

Como mencionas la palabra "singularidad" en el título, déjame agregar esto: la singularidad no es una cosa. Sé cómo los artículos de ciencia pop hablan de eso como si fuera una cosa, pero es solo una abstracción matemática.

En el centro del agujero negro, realmente no sabemos qué sucede. Las ecuaciones de GR (relatividad general) básicamente explotan, obtenemos divisiones por cero y todo eso. Esto en matemáticas se llama una "singularidad". Pero en la realidad física eso simplemente significa que nuestra teoría es inadecuada.

Habrá que esperar a una futura teoría para comprender correctamente el centro de BH. Por ahora, las ecuaciones GR solo están chocando contra una pared. GR predice densidades infinitas y diámetros cero, etc.; es casi seguro que esto sea incorrecto. Pero a partir de ahora no hay otra teoría que podamos usar para resolver esto.

Así que no digas que está cayendo hacia la "singularidad". Digamos que cae hacia el centro, sea lo que sea.

No se equivoque, su átomo de helio está condenado. Sus partículas se triturarán a cualquier escala que exista en el centro. Tal vez hasta la longitud de Planck, pero no lo sabemos con certeza.