¿Es el horizonte de eventos la característica definitoria de un agujero negro?

Todos los agujeros negros tienen un horizonte de eventos, pero no todos los horizontes de eventos están asociados con un agujero negro. Si vuelas en un cohete que acelera a un ritmo constante, tu camino sigue una hipérbola que nunca cruza una línea particular en el espacio-tiempo llamada Rindler Horizon. Ningún evento que suceda después del Rindler Horizon puede enviar alguna señal al cohete; incluso a la velocidad de la luz, nunca puede alcanzarlo. En lo que respecta al observador en el cohete, esta línea actúa como el horizonte de eventos de un agujero negro. Una vez que algo lo cruza, nunca lo volverás a ver. Pero para un observador estacionario, no hay nada allí. Es solo el futuro.

En cuanto a cuál es la característica definitoria, hay una serie de definiciones . Por ejemplo, una forma de definirlo es como una región de la que es imposible escapar al futuro infinito. (Entonces, el horizonte de Rindler no cuenta, porque es fácil llegar al infinito desde allí). Por supuesto, eso depende de que el universo sea infinito...

El problema con las definiciones es que presumiblemente quieres excluir regiones como 'el futuro' o 'todo el universo' de las que también es imposible escapar. (Y que también contienen singularidades). Hay varias otras regiones que pueden asociarse con agujeros negros además del horizonte de eventos, como la ergosfera. Y cuando los agujeros negros están cargados y giran, su estructura interna se vuelve más complicada, con la posibilidad de que los agujeros negros de Kerr con agujeros de gusano internos se abran a otros universos más allá del nuestro, lo que hace que las definiciones sean aún más confusas. Es bastante complicado llegar a una definición que capture todos los casos de interés y excluya todo lo demás.

Un agujero negro es una región del espacio-tiempo de la que nada puede escapar. No hay una dirección en la que puedas viajar que te lleve desde el interior del agujero negro a un punto fuera del agujero negro. El horizonte de eventos marca el límite de esta región del espacio-tiempo. Entonces, todos los agujeros negros tienen un horizonte de eventos. Si llama al horizonte de eventos la característica definitoria, o si llama a la región dentro del horizonte de eventos de la cual nada puede escapar la característica definitoria es una cuestión de preferencia. El límite no puede existir sin el interior; el interior no puede existir sin un límite.

Si algo tiene "igual fuerza gravitatoria", entonces tendría un horizonte de eventos.

¿Es el horizonte de eventos la característica definitoria de un agujero negro?

Sí, es la única definición ampliamente aceptada.

Esta definición tiene la desventaja de que no es local. Es decir, define un agujero negro en función de si la luz puede escapar al infinito o no, lo que significa que no se puede juzgar en función de las propiedades del espacio-tiempo cerca del agujero negro. Entonces, por ejemplo, si está haciendo una simulación numérica del colapso gravitacional para formar un agujero negro, no hay nada que pueda ver fácilmente en su simulación para definir dónde está el horizonte de eventos o si ya se ha formado.

Una ventaja de la definición estándar es que para un objeto que es un agujero negro según esa definición, podemos probar teoremas sin cabello. Desde el punto de vista de la observación, también se conecta directamente con los criterios que podemos usar para saber si un objeto dado es un agujero negro.

Ha habido intentos de encontrar definiciones alternativas: http://arxiv.org/abs/gr-qc/0508107

¿O puedo decir que algo es un agujero negro si tiene la misma fuerza gravitacional?

No, esto no funcionará porque no hay nada especial en la fuerza gravitatoria de un agujero negro (suponiendo que lo definas como el campo gravitatorio g a una distancia fija). Por ejemplo, si una estrella sufre un colapso gravitatorio hacia un agujero negro, la fuerza de su campo gravitatorio, a una distancia fija, es la misma antes y después del colapso. El principio de equivalencia también nos dice que el campo gravitacional g no es un concepto muy útil para trabajar en relatividad general, porque puede tener cualquier valor que desee (incluido cero) dependiendo de su marco de referencia.

Me preguntaba sobre las características de un agujero negro, y sé que tienen masa, giro y una fuerza gravitatoria increíblemente fuerte. Pero, hasta donde yo sé, básicamente todos los agujeros negros poseen el horizonte de eventos... Entonces, ¿eso hace que el EH sea la característica definitoria de un agujero negro? ¿O puedo decir que algo es un agujero negro si tiene la misma fuerza gravitacional?

En la relatividad general, la gravitación de un agujero negro no es especial ni única, por así decirlo. Un agujero negro de Schwarzschild tiene una singularidad coordinada (no física) en su horizonte de eventos y una singularidad gravitacional (física) en su centro. La fuerza de marea que siente una partícula cerca del horizonte de eventos es inversamente proporcional a la masa del agujero negro , razón por la cual los agujeros negros supermasivos pueden perturbar estrellas que han pasado dentro de sus horizontes de eventos, mientras que un agujero negro de masa estelar podría perturbar una estrella. fuera de su horizonte de eventos. El agujero negro de Kerr se diferencia del caso de Schw en que tiene rotación/espín que da como resultado la singularidad física como una estructura de anillo .

Hay muchas definiciones de un agujero negro . El comúnmente utilizado/conocido se basa en la noción de infinito nulo de R. Penrose y S. Hawking, quienes exploraron la estructura singular del espacio-tiempo utilizando el camino incompleto y los teoremas de singularidad, que esencialmente definen el agujero negro utilizando su horizonte de eventos y evitando las dificultades de la singularidad física. Decir que dos objetos tienen "igual fuerza gravitacional" es bastante vago, ya que depende de todo tipo de cosas: por ejemplo, en el límite de separación grande, la gravedad de una estrella que gira lentamente puede aproximarse razonablemente bien mediante el agujero negro de Schw.

En astronomía, observacionalmente, insistimos en dos cosas:

1. Evidencia de velocidades de entrada/salida/órbita que se acercan a la velocidad de la luz.

2. Evidencia de que el objeto no es una estrella de neutrones: generalmente una masa más allá del límite teórico más generoso para la masa de una estrella de neutrones.

El horizonte es un concepto enteramente teórico, inobservable si la teoría es correcta.