¿Hay alguna razón geométrica por la que dos agujeros negros fusionados nunca se “descompongan” en dos agujeros negros separados?

Todas las fusiones de agujeros negros parecen dar como resultado un agujero negro de Kerr después del anillo.

¿Sería posible que dos agujeros negros iniciales con dos horizontes de eventos separados formen un "estado compuesto intermedio" con un horizonte de eventos que, en un momento posterior, "descomponga" en dos agujeros negros finales?

Sé que la respuesta a esta pregunta es "no" al aplicar la entropía de Bekenstein-Hawking donde el decaimiento violaría la segunda ley que postula d A / d t > 0 .

Y la respuesta parece ser "no" cuando se confía en la relatividad numérica para las fusiones de agujeros negros.

Mi pregunta es si hay una prueba geométrica más elegante que se derive enteramente de la relatividad general y que descarte tal descomposición.

Gracias

Creo que hay un teorema que dice exactamente que esto no puede suceder a partir de consideraciones GR clásicas puras, ¡espero que alguien recuerde más detalles!
Pensaría que estaría relacionado con la afirmación "nunca se dispersan unos de otros"
El teorema del área de Hawkibg es un teorema puramente geométrico/GR que implica que no puede suceder.

Respuestas (2)

La razón geométrica de esa afirmación es que solo hay una geodésica nula en el horizonte que pasa por cada punto del horizonte. Si el agujero negro se hubiera dividido en dos, entonces habría un punto en el horizonte desde el cual comenzarían dos geodésicas nulas diferentes que se encuentran dentro del horizonte, lo cual es imposible. Entonces, los agujeros negros podrían formarse (comenzando con un punto desde el cual surge todo el horizonte) y fusionarse, pero no bifurcarse.

Esto no es una consecuencia del teorema del área de Hawking, sino que también fue formulado por Hawking:

  • Hawking, SO (1972). Agujeros negros en la relatividad general . Communications in Mathematical Physics, 25(2), 152-166, doi , texto OA en ProjectEuclid . (sección 2, pág. 156).

Véase también el Libro :

  • Hawking, SW y Ellis, GFR (1973). La estructura a gran escala del espacio-tiempo . Prensa de la Universidad de Cambridge, Capítulo 9.

Como τ aumenta, los agujeros negros pueden fusionarse y pueden formarse nuevos agujeros negros como resultado del colapso de más cuerpos. Sin embargo, el siguiente resultado muestra que los agujeros negros nunca pueden bifurcarse.

El siguiente resultado es una proposición 9.2.5 que simplemente establece formalmente eso.

Por cierto, parece que esta propiedad no tiene generalización en dimensiones superiores donde, por ejemplo, cadenas negras (agujeros negros extendidos con topología de horizonte de, digamos, R 2 × S 2 para la gravedad 5D) se fragmentaría en muchos agujeros negros más pequeños como resultado de la inestabilidad de Gregory-Laflamme.

  • Lehner, L. y Pretorius, F. (2011). Estado final de la inestabilidad de Gregory-Laflamme . arXiv:1106.5184 .
Gracias a AVS por el enlace al artículo de Hawking sobre los agujeros negros. Tengo que entender algunos temas técnicos con más detalle, ¡pero en esencia esto responde a mi pregunta!

Aquí hay enlaces de dispersión de estudios de agujeros negros:

Estudiamos sistemas que consisten en varios agujeros negros no giratorios con carga máxima (agujeros negros ''Reissner-Nordstrom'') que interactúan entre sí. Presentamos una acción efectiva para el sistema en el régimen de cámara lenta y campo completamente fuerte. Damos un cálculo exacto de la dispersión y coalescencia agujero negro-agujero negro en el límite de cámara lenta (pero de campo fuerte).

Se estudia la dispersión clásica y cuántica de dos agujeros negros de dilatón con carga máxima y velocidades bajas. Encontramos un valor crítico para el acoplamiento de dilatación, a2=1/3. Para a2>1/3, dos agujeros negros siempre se dispersan y nunca se fusionan, independientemente del valor del parámetro de impacto.

Describimos la dispersión mecánica cuántica de agujeros negros con carga máxima que se mueven lentamente. Nuestra técnica es desarrollar un procedimiento de cuantificación canónica en el espacio de parámetros de posibles soluciones clásicas estáticas. Con esto, calculamos las secciones transversales de captura para la dispersión de dos agujeros negros. Finalmente, discutimos cómo la cuantificación en este espacio de parámetros se relaciona con la cuantificación de los grados de libertad del campo gravitacional.

La dinámica de baja energía de cualquier sistema que admita un continuo de configuraciones estáticas se aproxima mediante la cámara lenta en el espacio de módulos (configuración). Aquí, siguiendo a Ferrell y Eardley, esta aproximación de espacio de módulos se utiliza para estudiar las colisiones de dos agujeros negros de Reissner-Nordström de masas arbitrarias con carga máxima, y ​​para calcular analíticamente la radiación gravitatoria generada por su dispersión o coalescencia. El movimiento sigue siendo lento a pesar de que los campos son intensos y la radiación principal es cuadrupolar. Se deriva una expresión simple para la forma de onda gravitatoria y se compara en los primeros y últimos tiempos con las expectativas.

Las cursivas son mías.

Entonces, creo que una prueba geométrica general de la imposibilidad de dispersión estaría en contra de todos estos cálculos, y como están en la literatura revisada por pares, la probabilidad de tal error es pequeña.

Este artículo es interesante:

Agujero negro binario:

El agujero negro binario (BBH) es un sistema que consta de dos agujeros negros en órbita cercana uno alrededor del otro.

Las cursivas son mías.

Aquí trata la forma del horizonte como el comienzo de una fusión.

Uno de los problemas a resolver es la forma o topología del horizonte de sucesos durante una fusión de agujeros negros.

En los modelos numéricos, se insertan geodésicas de prueba para ver si encuentran un horizonte de eventos. Cuando dos agujeros negros se acercan, una forma de "pico de pato" sobresale de cada uno de los dos horizontes de eventos hacia el otro. Esta protuberancia se extiende más y más estrecha hasta que se encuentra con la protuberancia del otro agujero negro. En este momento, el horizonte de sucesos tiene una forma de X muy estrecha en el punto de encuentro. Las protuberancias se dibujan en un hilo delgado. El punto de encuentro se expande a una conexión aproximadamente cilíndrica llamada puente.

En un sistema donde los agujeros negros se dispersan unos de otros, dependerá de la cinemática si habrá una dispersión o una fusión, como en el sistema binario de agujeros negros. Ver figura dos . Imo, una vez que hay una coalescencia, la cuestión de la "descomposición" se dirige a un agujero negro, y por construcción no puede suceder.

La dispersión es un buen descriptor, pero si los horizontes de los agujeros negros nunca se tocan, no estoy seguro de que caiga en la intención de OP.
@EmilioPisanty Espero que haya una continuidad matemática entre la coalescencia y la dispersión. En los dos enlaces a los que tengo acceso también no se trata por separado el horizonte de sucesos. Me parece que si existe un horizonte de eventos, se ha producido la coalescencia y la descomposición tiene tanto significado como preguntar si un agujero negro puede decaer (independientemente de cómo se formó)
Mi pregunta no es sobre la dispersión, sino sobre la fusión (coalescencia) de dos horizontes en uno con la subsiguiente descomposición. A partir de la simple inversión de tiempo, esto debería permitirse. Entonces, la pregunta es si existe un teorema que garantice que después de la coalescencia, la descomposición posterior está prohibida.
@Tom Frankly, es probable que el proceso que describe caiga bajo el paraguas de la dispersión (aunque no es mi campo, por lo que no puedo estar completamente seguro). Tienes dos agujeros negros que entran y dos que salen y, independientemente de cómo se vean sus interacciones, eso suele ser suficiente.
@TomS, ¿estás seguro de que se mantiene la inversión del tiempo? ¿No significaría esto que las ondas gravitacionales tienen que ser absorbidas?
@annav ¿Cómo responde esto a la pregunta? La pregunta es "¿puedes empezar con un agujero negro y terminar con más de uno?". La dispersión y la coalescencia son irrelevantes.
@MBN lo siento, el título dice "dos agujeros negros fusionados". por un lado, es la definición de un agujero negro imo que no permite una descomposición.
@annav Sí, el título lo dice, pero el texto principal dice que después de que dos agujeros negros se fusionan en uno, ¿por qué ese no puede dividirse en más?
@MBN y estoy respondiendo que es un escenario de dispersión que tiene un espacio de fase para la dispersión de dos en dos y una coalescencia como se ve en los enlaces que he proporcionado. En los trabajos que están abiertos, no se discute el comportamiento del horizonte. Es dispersión o coalescencia. Después de la coalescencia, hay un agujero negro y un horizonte, por lo que la pregunta es: ¿puede decaer un solo agujero negro? que por construcción no debería.
@annav la pregunta no se convierte en eso, es eso. Eso es lo que tienes que responder. Hasta ahora, la respuesta no aborda la pregunta.
@MBN Entonces debería preguntar claramente "¿puede decaer un agujero negro?", Lo cual no hace, presentando dos de ellos y hablando de fusiones.
@anna: sí, una vez que te olvidas de la historia (fusión de dos agujeros negros), la pregunta es, de hecho, "¿puede decaer un solo agujero negro?" Pero su declaración "que por construcción no debería" no es una prueba o una explicación, sino solo una declaración. Entonces, la pregunta sigue siendo "¿por qué un agujero negro no debería descomponerse en dos agujeros negros?" ¿Hay un teorema que aborde esta pregunta?
Con respecto al teorema del área: se dice que para el área A la condición dA/dt > 0 se cumple bajo algunos supuestos razonables. Sin embargo, esto no dice que un "decaimiento" esté prohibido en general, sino que descarta los decaimientos para algunas geometrías explícitamente conocidas como Schwarzschild y Kerr.
Los agujeros negros extremos son un caso algo especial, por ejemplo, tienen gravedad superficial cero y poseen supersimetría. Aquí hay un documento: arxiv.org/abs/hep-th/9205027 que tiene un apéndice B titulado "División de agujeros negros extremos"
¿Hay alguna razón geométrica por la que dos agujeros negros fusionados nunca se “descompongan” en dos agujeros negros separados?
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