Formación de agujeros negros

Si traza un diagrama de espacio-tiempo de un objeto que cae a través del horizonte de sucesos de un agujero negro, y dibuja los "conos de luz" pasados ​​y futuros del objeto en cada punto, ¿no tendría el punto infinitamente al horizonte de sucesos un cono de luz que permite que la luz que irradia el objeto llegue a un observador fuera del horizonte de eventos en el tiempo = infinito? (en el punto en que el objeto toca el horizonte de sucesos, un fotón irradiado nunca llegará al observador fuera del horizonte de sucesos) Si es así, ¿por qué no lo hacemos nosotros, fuera del horizonte de sucesos de los agujeros negros que se forman por el colapso de las estrellas, observar la luz de la estrella que colapsa (también conocida como la luz de una supernova que forma un agujero negro) para siempre? Por favor, hágamelo saber si estoy equivocado.

Lo que puede ayudarlo en su búsqueda es buscar diagramas de Penrose

Respuestas (2)

A medida que el material cae a un horizonte, emitiendo luz a medida que avanza, hay tres efectos a considerar: la línea de mundo del emisor, el corrimiento al rojo de la luz y la intensidad de la luz (efecto de faro).

A medida que el emisor envía señales de luz, se desplazan cada vez más hacia el rojo y se atenúan cada vez más y son cada vez menos frecuentes en un receptor en algún lugar fuera del horizonte. Para las señales que parten de lugares cercanos al horizonte, la frecuencia y la intensidad caen exponencialmente con el tiempo en el receptor. Frente a tal decaimiento exponencial, se podría decir que nunca llega a cero, pero normalmente no decimos eso para otros casos de decaimiento exponencial, como los átomos que se descomponen hasta su estado fundamental. Simplemente decimos que el átomo se descompone. Entonces, por la misma lógica, deberíamos decir que la luz recibida de una estrella que colapsa cae a una intensidad cero, y no es necesario esperar un tiempo infinitamente largo para que esto sea así. Por lo tanto, el agujero negro es de hecho negro,

Y, sin embargo, de acuerdo con una definición muy natural de simultaneidad, el material que cae no cruza del todo el horizonte en una cantidad de tiempo finita registrada en el reloj distante, por lo que la materia que se mueve para formar el agujero negro nunca termina su colapso hacia sí mismo. horizonte. Esto suena como una conclusión muy extraña, pero se debe a la relatividad de la simultaneidad y una dilatación del tiempo que tiende al infinito. Hay muchos otros marcos de referencia y, por lo tanto, definiciones de simultaneidad, en los que el agujero negro se forma en un tiempo finito. Y las predicciones de lo que hacen las señales emitidas cuando llegan a otro lugar son independientes de tales detalles. Las señales mueren. El agujero es negro.

Entonces, ¿los agujeros negros irradian constantemente un brillo tenue además de la radiación de halcón?
@ user250486 "brillo tenue" no es la frase correcta para algo como el decaimiento exponencial. Intenta calcular Exp ( 1 y mi a r / 10 metro i C r o s mi C o norte d s ) para obtener una impresión; se está desvaneciendo pequeño en comparación incluso con la muy tenue radiación de Hawking.
@ user250486 No se ha observado la radiación de Hawking. Los agujeros negros no brillan.
" Hay muchos otros marcos de referencia, [...], en los que el agujero negro se forma en un tiempo finito ". - Como se discutió antes, este es un concepto erróneo generalizado basado en ignorar el rigor matemático. No existen marcos en el horizonte similar a la luz de manera similar a los marcos que existen a la velocidad de la luz. Incluso aparte de este punto, el horizonte de sucesos es eterno y no puede formarse en un colapso estelar, como se explica en esta pregunta (no en las respuestas): ¿Pueden varias regiones separadas tener las mismas coordenadas?
@safesphere de hecho discutimos este punto antes; Creo que el diagrama de Penrose (diagrama conforme) aclara el punto lo suficientemente bien. Hay eventos fuera del horizonte que están separados como el espacio de los eventos dentro del horizonte; en mi opinión, eso es suficiente para justificar la afirmación de que existen algunas definiciones legítimas de simultaneidad, de modo que el horizonte se ha formado y las cosas pueden pasar antes del final del universo.
@AndrewSteane, es fácil distraerse con las definiciones artificiales de sincronismo basadas en el tiempo coordinado, pero son artificiales y no corresponden a lo que realmente entendemos por sincrónico en cualquier contexto normal. Si va a hablar del fin del universo, entonces la única definición razonable utiliza el tiempo cósmico, y está bastante claro que (sea o no finito el universo) no se forman horizontes de sucesos en el tiempo cósmico finito.
@CharlesFrancis está bien; estamos de acuerdo con GR y simplemente estamos tratando de presentar sus conclusiones de la manera menos engañosa posible. Queremos transmitir no solo que la materia que cae sobre Cygnus X-1 (por ejemplo) siempre se abre camino hacia un horizonte, sino también que esa misma materia pasa por el horizonte en una cantidad finita de tiempo adecuado, y las predicciones sobre lo que observan los observadores distantes son consistentes con ambas afirmaciones.
@AndrewSteane Ya ha concedido su argumento de separación espacial en los comentarios aquí: physics.stackexchange.com/questions/551419/… - No hay marco (dentro o fuera de un agujero negro de Schwarzschild), en el que ya se haya formado una singularidad. Además, ¿ha mirado el enlace Math SE en mi comentario anterior? Explica que una singularidad similar a la de Schwarzschild es eterna y no puede formarse en un colapso estelar. Me encanta el concepto de singularidad, es fascinante, pero no hay singularidades en este universo.

No estas equivocado. Si pudiéramos vivir para siempre, y si pudiéramos observar energías de luz indefinidamente pequeñas, observaríamos la luz del material que cae en un agujero negro en formación para siempre. Debido a que el tiempo parece detenerse en el radio de Schwarzschild, surge el problema de si realmente se puede formar una singularidad. En 1939, Julius Robert Oppenheimer y uno de sus alumnos, Hartland Snyder, publicaron el artículo seminal sobre el colapso gravitacional en un agujero negro (Oppenheimer JR, Snyder H., 1939, On Continued Gravitational Attraction, Phys. Rev. 56, 455 ) . Concluyeron que, desde el punto de vista de un observador exterior, “es imposible que se forme una singularidad en un tiempo finito”.

Las cosas que generalmente se llaman agujeros negros en la terminología moderna son soluciones de estado estable de la ecuación de Einstein que asumen condiciones de contorno que nunca aparecen físicamente en la práctica. Como lo describen Oppenheimer y Snyder, estas soluciones nunca ocurren en nuestro universo.

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¿Cuáles son los agujeros negros que se ha descubierto que existen según la ciencia popular?