¿Qué sucede con el momento angular de dos agujeros negros que se fusionan?

Supongamos que dos agujeros negros de aproximadamente la misma masa en un sistema binario que se forma a partir de, digamos, un sistema binario estelar de gran masa están en órbitas alrededor de su centro de masa. Supongamos además que estamos viendo sus ecuaciones de movimiento mucho antes de su fusión. Como una aproximación muy cruda, estoy usando la métrica de Schwartzchild aunque sé que este no es un sistema esféricamente simétrico. El potencial efectivo en esta métrica sería de la forma:

V mi F F = m C 2 2 [ r s r + a 2 r 2 r s a 2 r 3 ]

Dónde a = L metro C , r s es el radio de Schwartzchild, y m es la masa reducida.

Entonces, a medida que este sistema pierde energía a través de ondas gravitacionales, eventualmente alcanzarían una órbita circular con un radio

r metro i norte = a 2 r s ( 1 + 1 3 r s 2 a 2 )
que es un mínimo local en este potencial efectivo.

Sin embargo, para perder más energía y fusionarse, hay una barrera centrípeta que superar. La única forma que veo de esto es que el sistema pierda el momento angular orbital hasta un punto en el que a = 3 r s cuando esta barrera desaparece.

Sé que esto es bastante crudo y, en realidad, esto requiere simulaciones por computadora que usan las ecuaciones de campo de Einstein, pero me parece que para que los agujeros negros se fusionen, tendrían que perder el momento angular orbital y la energía.

  1. ¿Transfiere el sistema el momento angular orbital al momento angular de giro de los agujeros negros básicamente haciéndolos girar a medida que se acercan entre sí? Supongo que el momento angular general aún debe conservarse en el marco del centro de masa. ¿Cuál sería el mecanismo para esta transferencia? ¿Esto implicaría una ergosfera alrededor de cada agujero negro?

  2. ¿Se pueden inferir los giros de los agujeros negros fusionados a partir de la señal de onda gravitatoria detectada aquí en la Tierra?

Respuestas (1)

Sí. El momento angular orbital puede transferirse y se transfiere al giro, o rotación, del agujero negro fusionado. Probablemente sucedió en la fusión vista en 2015; pudieron estimar el giro final como 0,7 del extremo, pero no vieron suficientes ondas de agujeros negros entrantes para estimar su giro inicial. Olvidé los parámetros de forma de onda exactos que necesitan más, creo que también una SNR más alta.

En cuanto a un límite, sí, todos los agujeros negros giratorios tienen un momento angular máximo generalmente denotado como una fracción de la masa, llamada a, donde se rompe la solución. Al fusionarse, pueden deshacerse de una gran cantidad de momento angular y giros a través de las ondas gravitacionales. No se formará un agujero negro si a es mayor que 1, pero las áreas del horizonte y la entropía no se pueden reducir, por lo que también podrían dispersarse entre sí como agujeros negros completos. Busque los documentos LIGO para las observaciones y estimaciones de giro de 2015 y 16. Además, esperan que si alguna vez se lanza eLISA en los años 20, podrá estimar mucho mejor los giros entrantes.