¿Pueden realmente fusionarse los agujeros negros?

http://www.aip.org/png/2006/256.htm ( versión archivada si el enlace no funciona)

http://www.youtube.com/watch?v=GAwO1okR074

Lo que hay que recordar cuando se trata de la rareza del espacio-tiempo que rodea a objetos extremadamente densos es que lo que sucede , es decir, lo que los objetos en cuestión realmente experimentan, puede ser completamente diferente de lo que parece sucederle a un observador distante .

Desde el punto de vista de las singularidades en el núcleo de cada agujero negro, "se van por el desagüe", no hay problema. Es decir, cada uno gira en espiral cada vez más rápido, hasta que se fusionan. Las cosas se ponen un poco raras una vez que la singularidad más pequeña está dentro del horizonte de eventos de la más grande, pero cualquier objeto pequeño que caiga en un gran agujero negro experimentará lo mismo. Por un lado, debido a la extrema curvatura del espacio-tiempo (tan curvo que, de hecho, es cerrado; ese es el punto de un agujero negro), cada dirección que observa el agujero negro más pequeño es hacia el otro agujero negro . Esa es una forma de ver la inevitabilidad de un agujero negro.

Ahora, desde el punto de vista de un observador distante, a medida que los horizontes de sucesos de los agujeros negros se acercan más y más, las cosas parecen volverse realmente raras, pero eso es solo porque el tiempo que experimentan los objetos en la vecindad inmediata de la fusión se hace cada vez más extraño. cada vez más alargado en comparación con el tiempo experimentado por el observador distante . No puedo enfatizar lo suficiente que la rareza SOLO surge cuando se comparan dos puntos de vista diferentes. Ni el observador distante ni el suicida que va de paseo con los agujeros negros (llámelo Dr. Strangelove) experimenta otra cosa que el tiempo aparentemente normal*.

Según el observador distante, los agujeros negros en espiral arrastrarán el espacio-tiempo con ellos. Puedes imaginar una cuadrícula de líneas dibujadas en una hoja de goma o caramelo. Debido a que el espacio-tiempo tiene que ser "suave" en el sentido del cálculo, el movimiento no constante de los agujeros negros alrededor de cada uno debe transmitirse hacia el exterior, como si fueran ondas en una rejilla de goma. Esto se llama radiación gravitatoria .

Las cosas le parecerán extrañas al observador distante a medida que los horizontes de eventos se acerquen entre sí. Dado que el tiempo del Dr. Strangelove parece extenderse hasta el infinito, es tentador imaginar que el observador distante verá una imagen normal de él, simplemente ondeando en cámara lenta como los efectos especiales de tiempo bala de la serie de películas Matrix. ¡Eso pierde una parte importante! Dado que todos los aspectos del tiempo del Dr. Strangelove parecen ralentizarse en relación con nosotros, los fotones que emite mientras ondea hacia atrás se separan cada vez más, y también se estiran para que inicialmente los fotones azules se vuelvan verdes, luego amarillos, naranjas, rojos. , infrarrojos, radio, etc. Entonces, cuando el Dr. Strangelove se acerca al agujero negro, la rareza más pronunciada que vemos no es en realidad la desaceleración, directamente, sino más biendesvaneciéndose , haciéndose más tenue y más rojo.

Del mismo modo, si pudiéramos ver directamente el espacio-tiempo alrededor de la fusión, también veríamos que las ondas se desvanecen a "rojo". En un tiempo finito, incluso según el observador distante, veríamos que toda la acción y los detalles se desvanecen en rojo mientras se ralentiza, dejando solo el único agujero negro fusionado.

*OK, técnicamente, si el Dr. Strangelove tiene un tamaño finito, entonces su cabeza y sus pies tendrán diferentes experiencias, pero eso está más allá del alcance de esta investigación.

EDITAR: Por cierto, el campo gravitacional puede tener momentos mono y dipolares, pero la radiación gravitatoria es cuadripolar

Un sistema binario de agujeros negros, suponiendo que no caiga materia, sería detectable por las ondas gravitacionales que emite. A medida que entren en espiral, las ondas se harán más cortas y más intensas (creo), y eventualmente se detendrán por completo cuando se fusionen. No es exactamente un campo dipolar (aunque sé lo que quieres decir), ya que ambos polos son el mismo 'signo'. IIRC, puede distinguir la diferencia entre una estrella masiva y un sistema binario relativamente igual desde una distancia suficientemente cercana. Desde más lejos, por supuesto, todo parece una fuente puntual.

(Intenté varias veces "Agregar comentario" a la publicación de @Andrew pero nunca funcionó)

Presumiblemente, un observador fuera del horizonte de eventos siempre podría ver al Dr. Strangelove al iluminarlo con una luz. Sería desplazado hacia el azul en el camino hacia abajo, y desplazado hacia el rojo en el camino hacia arriba. Suponiendo que el Dr. S. refleje los rayos gamma, la luz no cambiaría después del viaje de ida y vuelta.

Mi confusión se deriva de lo que podríamos detectar durante una fusión. La gente está construyendo dispositivos para buscar las ondas de gravedad de los agujeros negros que se fusionan. ¿Son estas ondas de lo que sucede justo antes de que los agujeros negros se fusionen, o son un producto de la fusión en sí?

Aquí hay un experimento mental. Dos agujeros negros se están dando vueltas entre sí con sus horizontes de eventos separados por una corta distancia. Un observador (para mantener la consistencia de la película, llamémoslo Coronel "Bat" Guano) está orbitando en el mismo plano un poco más lejos. Su órbita no es circular ya que el campo gravitatorio de los dos agujeros negros no es esféricamente simétrico. Para un solo agujero negro lo es.

Los agujeros negros ahora se acercan un poco más y se fusionan*. Bat está ahora en una órbita circular o no lo está. Si es así, entonces la fusión (medida por el universo fuera del horizonte de eventos) ocurrió en un momento particular en el tiempo. No se mancha durante un período de tiempo infinito.

Estoy de acuerdo con @Ben, si estás lejos, la diferencia en el campo es difícil de detectar. Pero parece que cerca de un agujero negro supermasivo debería haber una diferencia medible entre tener millones de masas solares en un anillo en el "ecuador" del agujero negro y todo concentrado en el centro.

*A medida que los agujeros negros se acercan, ¿Bat ve que la velocidad de rotación aumenta debido a la conservación del momento angular o se ralentiza debido a los efectos relativistas generales más cerca del horizonte de eventos? Tengo que parar ahora, me duele la cabeza...

Como un observador distante, podemos ver la sombra de los agujeros negros que se forman frente a las estrellas de fondo. Según un pequeño y agradable artículo de Daisuke Nitta, Takeshi Chiba y Naoshi Sugiyama ("Shadows of Colliding Black Holes, 2011"), la respuesta es sí. Para un observador distante en un lapso de tiempo finito, dos agujeros negros forman una sombra que es indistinguible de la de un solo agujero negro. "Conjeturaría" que en un período de tiempo similar, el campo gravitatorio alrededor del par sería el mismo que el de un solo agujero negro también. La cuestión de la fusión "real" de los agujeros negros no se puede responder en el sentido de que nunca podemos saber qué está sucediendo realmente en nuestro universo; tenemos que lidiar con observables limitados...