¿Qué es una singularidad repentina?

Una singularidad súbita es una singularidad que se forma en el universo en un tiempo finito.

Esto puede parecer una definición extraña. Después de todo, ¿no se forman las singularidades en los agujeros negros en un tiempo finito, y de hecho todas las singularidades no deberían ser repentinas ? ¡En realidad no! Para observadores como nosotros, que flotan alrededor del universo, en nuestro marco de referencia se necesita un tiempo infinito para que se forme un agujero negro.

Este resultado aparentemente paradójico ha sido discutido demasiado, en este sitio y en otros lugares, como para que valga la pena desarrollarlo aquí. Un observador que cae en el agujero negro encontrará la singularidad en un tiempo finito, pero para los observadores fuera del horizonte de eventos, la singularidad nunca se forma. El tipo de singularidad de gran rasgadura que generalmente se conoce como singularidad repentina se forma en un tiempo finito (para todos los observadores) porque, de hecho, estamos cayendo hacia ella al igual que el observador que cae en un agujero negro.

Una nota al pie rápida:

Como señala Ben en su respuesta, mi definición anterior es demasiado amplia porque incluye singularidades (como el Big Crunch) que no son repentinas . como se describe en el artículo de Nojiri , las singularidades repentinas son solo uno de los cuatro tipos de singularidades que pueden ocurrir en factores de escala distintos de cero (es decir, no el Big Bang o el Big Crunch). No estoy seguro de cuán útil puede resumirse esto para el lector lego, ya que todo es un poco técnico. @Skotch, echaría un vistazo al artículo de Nojiri y tal vez haría una pregunta más si quiere carificar algo en él.

La gente sabe desde hace mucho tiempo sobre la existencia de modelos cosmológicos que incluyen una singularidad Big Crunch. En estos modelos, la densidad de la materia en el universo es lo suficientemente grande como para hacer que se vuelva a contraer. Estos modelos ya no son de interés como descripciones del universo real, ya que ahora sabemos que la expansión del universo se está acelerando en lugar de decelerando, presumiblemente debido a la energía oscura con propiedades poco conocidas.

De hecho, si la energía oscura resulta tener ciertas características, entonces es posible que la expansión explote en algún momento, de modo que toda la materia se destruya al ser desgarrada. El escenario más discutido de este tipo se llama Big Rip, pero también hay otros escenarios, clasificados en Cotsakis 2004. Una singularidad como esta tiene dos propiedades: (1) ocurre en un tiempo finito en el futuro, y ( 2) es una explosión, no un colapso como el Big Crunch. Puede haber casos en los que el factor de escala cosmológico$a$explota, y otros donde$a$sigue siendo finito, pero$\dot{a}$explota. A modo de comparación, un Big Crunch habría$a$yendo a cero

El término "singularidad repentina" parece usarse en la literatura para un tipo muy específico de explosión. Cotsakis dice: "Por ejemplo, pueden corresponder a singularidades 'repentinas' (ver [19] para esta terminología)", donde la referencia 19 es Barrow 2004. Barrow construye un ejemplo que no está impulsado por la energía oscura en absoluto. La condición de energía fuerte se mantiene, y tanto la densidad como el factor de escala son siempre constantes. Sin embargo, la presión y la curvatura aumentan hasta el infinito en un tiempo finito. Obtiene este comportamiento al no requerir que se mantenga ninguna ecuación de estado entre la presión y la densidad. Dado que tanto Barrow como Cotsakis parecen estar definiendo el término basándose en un ejemplo (la palabra "repentino" solo aparece en el título de Barrow), es un poco difícil decir exactamente qué tan amplia pretenden que sea esta definición. Nojiri 2005 define una singularidad repentina como aquella en la que la presión aumenta hasta más o menos infinito en un tiempo finito, mientras que el factor de escala y la densidad permanecen finitos. Esto implica que nunca puede ocurrir una singularidad repentina si existe una ecuación de estado definida.

John D. Barrow, 2004, "Singularidades futuras repentinas", http://arxiv.org/abs/gr-qc/0403084

Spiros Cotsakis, Ifigeneia Klaoudatou, 2004, "Singularidades futuras de las cosmologías isotrópicas", http://arxiv.org/abs/gr-qc/0409022

Nojiri et al., 2005, "Propiedades de las singularidades en el universo (fantasma) de energía oscura", http://arxiv.org/abs/hep-th/0501025