¿Hay esferas GW como esferas de fotones alrededor de un agujero negro?

He leido esta pregunta:

¿Las ondas gravitacionales se ven afectadas por la curvatura del espacio-tiempo (lentes gravitacionales)?

Lentes gravitacionales de la gravedad

¿Pueden las ondas gravitacionales orbitar un agujero negro?

Esto no da una respuesta satisfactoria.

Según estas respuestas, las GW deberían seguir la curvatura del espacio-tiempo al igual que las ondas EM.

Alrededor de un agujero negro, hay algo llamado esfera de fotones, donde las ondas EM están en una órbita estable alrededor del agujero negro.

Una esfera de fotones[1] o círculo de fotones[2] es un área o región del espacio donde la gravedad es tan fuerte que los fotones se ven obligados a viajar en órbitas.

https://en.wikipedia.org/wiki/Photon_sphere

¿Podrían los GW estar orbitando como las ondas EM alrededor de un agujero negro?

Tanto las ondas GW como las EM viajan a la velocidad de la luz, por lo que teóricamente podría haber una órbita estable.

Pregunta:

  1. ¿Hay esferas GW como esferas de fotones alrededor de un agujero negro?
Eliminé algunos comentarios que respondían a la pregunta y las respuestas.

Respuestas (2)

¿Podrían los GW estar orbitando como las ondas EM alrededor de un agujero negro?

En principio, sí, pero dado que los fotones pueden tratarse como pequeñas partículas de prueba individuales, mientras que las ondas gravitacionales se dispersan mucho, en la práctica simplemente se separarán. Sin embargo, puede crear ondas gravitacionales dirigidas linealmente, pero en la naturaleza son bastante raras.

Tanto las ondas GW como las EM viajan a la velocidad de la luz, por lo que teóricamente podría haber una órbita estable.

La esfera de fotones no es una órbita estable, sino inestable. La última órbita estable de un agujero negro de Schwarzschild está en r=6M, mientras que la esfera de fotones está en r=3M. Eso significa que todos los fotones que viajan alrededor de la esfera de fotones se hundirán o volarán tarde o temprano cuando el espacio-tiempo se perturbe ligeramente o si no tienen las condiciones iniciales ideales hasta el último dígito. Las ondas gravitacionales perturban el espacio-tiempo incluso más que los fotones, por lo que no habrá demasiadas revoluciones alrededor de la esfera de fotones.

Etiquetas: relatividad general, mecánica cuántica

Mi respuesta es solo desde el punto de vista de la relatividad general, ya que no sé cómo combinar la mecánica cuántica con los agujeros negros.

Muchas gracias. "Los fotones pueden tratarse como pequeñas partículas de prueba individuales, mientras que las ondas gravitacionales se dispersan mucho en la práctica, simplemente se separarán". ¿Puede por favor dar más detalles sobre esto?
En GR, los fotones son tratados como partículas puntuales, pero los GW se tratan como ondas de geometría continua. Sin embargo, en QM puedes pisar un GW como un montón de Gravitones, pero no me preguntes cómo. No se si hay combinaciones validas de GR y QM en el campo fuerte
Un paquete de ondas suficientemente pequeño de GW (o cualquier campo sin masa para el caso) se puede describir (aproximadamente) usando óptica geométrica, lo que significa que seguirá geodésicas similares a la luz.

Para empezar, los fotones son entidades mecánicas cuánticas. Se llama esfera de fotones porque son los fotones los que están atrapados, y no se describe en términos de las ondas electromagnéticas emergentes, afaik.

Las ondas gravitacionales son soluciones de la relatividad general y son clásicas. El bosón de calibre para la gravedad una vez que se cuantifica definitivamente es el gravitón, por lo que debería ser una gravitosfera, no una esfera de ondas de gravedad.

Siguiendo el camino de la radiación de Hawking, que también espera tener gravitones, se puede suponer que algunos de ellos quedarán atrapados de la misma manera que los fotones (suponiendo que existan gravitones). Vea los enlaces aquí.

muchas gracias. ¿Entiendo bien que esta gravitosfera no sería detectable?
ni siquiera hemos visto una fotosfera. Detectar gravitones sería un milagro, pero ¿quién sabe en el futuro?
Tenga en cuenta que en inglés, "fotosfera" es la capa superficial de una estrella donde ocurre la última dispersión de luz. Las órbitas inestables de partículas sin masa alrededor de un agujero negro de Schwartzchild forman la "esfera de fotones". Sin embargo, la respuesta es correcta.
Eso es cierto, espero que a anna v no le importe si edito y corrijo eso. Aparte de eso, la respuesta es correcta.
No hay nada en la derivación de la esfera de fotones que requiera o use mecánica cuántica: en.m.wikipedia.org/wiki/Photon_sphere . Debería aplicarse igualmente bien a cualquier oscilación electromagnética.
QM solo es necesario si interpreta GW como gravitones
@dllahr En los enlaces que di, la radiación de Hawking se derivó usando una cuantificación de gravitación efectiva, lo que significa gravitones (no sé si la radiación de Hawking también se puede derivar usando EM clásico). La esfera de fotones se deriva usando fotones, que nuevamente es el estado cuantificado de EM, por lo que, por analogía, respondí en el marco de cuantificación efectivo.
@Yukterez gracias por la corrección
@annav sea como fuere, también hay una derivación de la esfera de fotones sin recurrir a la mecánica cuántica
@dllahr No pude encontrar un enlace mientras buscaba en Google, eso da lo que afirmas. ¿Puedes dar un enlace?
@annav La sección en "Derivación para el agujero negro de Schwarzchild" en el enlace de wikipedia anterior es a lo que me refería
La esfera de fotones es un fenómeno clásico (relativista) (es decir, existen órbitas unidas similares a la luz alrededor de los agujeros negros). Literalmente, no tiene nada que ver con la radiación de Hawking o la física cuántica.
@mmeent corriente principal de la física asume que el nivel subyacente de toda la naturaleza es la mecánica cuántica, es por eso que hay tanto esfuerzo para cuantizar la gravedad de forma definitiva. Por lo tanto, no importa que dé una explicación en términos de mecánica cuántica, particularmente porque se llama esfera de "fotón" y los fotones son partículas mecánicas cuánticas, y afaik no hay "partículas" de masa cero en la física clásica. Le agradecería que me proporcione un enlace donde pueda ver cómo se deriva la esfera de fotones solo con GR y electrodinámica clásica.
@annav Casi cualquier tratamiento de libro de texto de los agujeros negros cubrirá la derivación de órbitas unidas similares a la luz, también conocidas como anillo de luz o fotoesfera. Consulte el trabajo de Weatherall y Geroch para obtener una prueba matemáticamente rigurosa de que los paquetes de ondas suficientemente compactos de cualquier campo sin masa (clásico) (que satisfacen las condiciones de energía apropiadas) siguen geodésicas similares a la luz.
@annav Incluso si insistiera en un tratamiento mecánico cuántico, la (no) existencia del equivalente de una fotónesfera para gravitones no tendría absolutamente nada que ver con la radiación de Hawking. Por ejemplo, es posible (al menos teóricamente) tener objetos ultracompactos que sean lo suficientemente compactos como para tener una fotónsfera pero no lo suficientemente compactos como para colapsar en un agujero negro y tener un horizonte de eventos. La ausencia de un horizonte de eventos también significa que no habría radiación de Hawking.
¿Hay esferas GW como esferas de fotones alrededor de un agujero negro?
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