¿Qué tan cerca puedo acercar un rayo de luz a un agujero negro antes de que se corrompa la información que contiene el rayo?

Dadas las siguientes condiciones:

  • Dos estaciones espaciales de masa insignificante (comparada con lo que puede afectar la transmisión de un haz de luz) están separadas por una distancia de 100.000 años luz.

  • Con una excepción, no hay otros objetos de masa significativa dentro de una esfera de 1.000.000 de años luz.

  • La excepción es un solo agujero negro, a mitad de camino entre las dos estaciones, y que tiene una masa de 10 masas solares.

  • La estación emisora ​​está transmitiendo "SOS" en código Morse. Un "punto" tiene una duración de 0,5 segundos. Un "guión" tiene una duración de 1,0 segundos. El tiempo entre puntos y rayas es de 1,0 segundo. El tiempo entre bloques "SOS" es de 2,0 segundos.

  • La longitud de onda del haz es de 475 nm y su energía en el punto de transmisión es de 1 petavatio.

  • El haz tiene un enfoque tan estrecho como lo permite la tecnología y no se está haciendo ningún esfuerzo para aprovechar específicamente la naturaleza de los agujeros negros para que la señal los atraviese. Un haz bien enfocado disparó directamente a la otra estación, nada más. (Si es necesario, suponga que el haz se emite desde una lente de 1 metro de diámetro y está lo suficientemente bien enfocado como para golpear un detector de 1 metro con una pérdida insignificante. Sí, eso es milagroso. Pero la pregunta se centra en qué le hace el agujero negro a la luz, y la tecnología de enfoque debería ser (y es) irrelevante).

  • Ignore todos los demás aspectos de la física implicados por las condiciones de esta pregunta. Por favor, no se queje de que la existencia de estaciones espaciales o su ubicación en el espacio tenga algo que ver con esta pregunta. Es como decirle a tu profesor universitario que la respuesta a la pregunta no tiene sentido porque eligió usar un caballo esférico.

Conceptualmente, imagine que las dos estaciones espaciales están unidas entre sí por una cuerda y que están tan lejos del agujero negro que la información transmitida a lo largo de la cuerda del haz de luz no está corrompida. Luego comience a mover las dos estaciones hacia el agujero negro, manteniendo siempre el agujero negro a mitad de camino entre las dos estaciones.

Pregunta: ¿Qué tan cerca puede llegar el rayo de luz al agujero negro antes de que la información transmitida a través de él se corrompa?

  • Por "corrompido" quiero decir que el "SOS" ya no puede ser reconocido por lo que es dentro de un período de diez (10) minutos.
¿Desea que el mensaje (por ejemplo, un rayo láser) se curve alrededor del agujero negro de manera planificada para ir directamente a la otra estación (como este youtu.be/89g7sQ7zNqo?t=161 )? ¿O está enviando un haz más ancho usando el agujero negro como lente que lo enfocará en la otra estación?
@chasly-reinstateMonica Actualizaré la pregunta. Se pretende que sea un haz angosto y no se está haciendo ningún esfuerzo para utilizar específicamente la naturaleza del agujero negro. (El video fue divertido: ¡es increíble lo que pueden hacer los jugadores de billar! Pero no estoy seguro de que una señal pueda sobrevivir alrededor de un agujero negro al ponerle un poco de inglés).
No está claro qué es exactamente lo que temes que pueda "corromper" la señal. Como se describe en la pregunta, todo está estacionario; es un estado estable y simétrico para arrancar. ¿Qué efecto no lineal existe que podría corromper la señal?
@AlexP "Luego comience a mover las dos estaciones hacia el agujero negro..."
@JBH: Ese es el "comenzar a moverse" del geómetra, no es físico. El consultante quiere explicar que les preocupa saber qué tan cerca de la colinealidad pueden estar los tres objetos antes de que la señal se "corrompa". Lo que no entiendo por qué alguna vez se corrompería; o se recibió sin corromper, o no se recibe en absoluto (porque el agujero negro lo doblará o lo bloqueará).
@AlexP Veo tu punto. De cualquier manera, no estoy seguro de que esta sea una solución binaria. ¿Puedes demostrar que es una solución binaria? ¿Que la señal siempre está intacta hasta que la luz es capturada por el agujero negro? Supongo que a medida que la distancia se cierra (sí, estática) llega un punto en el que los puntos y las rayas se estiran y/o comprimen en su tránsito alrededor del pozo de gravedad del BH. Por lo tanto, llegaría un momento en que el mensaje se corrompería antes de perderse por completo.
@JBH: se comprimen, etc. en su camino hacia el agujero negro, y se descomprimen, etc., en su camino hacia el agujero negro. ¿Por qué el agujero negro tendría algún efecto además de doblar el haz? (Recuerde que se supone que el haz es monocromático). Es por eso que hice la pregunta: tal vez hay algún efecto en el que no puedo pensar.
@AlexP Por eso pregunté. Tampoco conozco todos los efectos.

Respuestas (1)

¡La integridad de su señal podría mejorar!

Chasly señala esto posiblemente en el comentario. Justo estaba leyendo un artículo sobre esto.

https://www.syfy.com/syfywire/por-que-hay-una-galaxia-normal-sentada-en-el-borde-del-universo

Esta galaxia extremadamente distante podría verse en la Tierra porque el efecto de lente de un agujero negro en el medio atrae la luz nuevamente. Si no fuera por la lente en el medio, esta galaxia está tan lejos que su luz se dispersaría hasta la invisibilidad.

lente gravitacional

Dicho esto, tu SOS no es la luz de una galaxia. Tal como lo entiendo, la trayectoria de la luz entre sus estaciones depende de la coherencia del haz y su ancho en el agujero negro, la distancia entre las estaciones (conocida) y la gravedad del agujero negro y la consiguiente fuerza del efecto de lente. .

Muchos números. Puede ajustar estos números para producir el efecto que desea para su ficción. Me imagino que a cierta distancia del agujero el camino de la luz se doblaría para que no llegue a la estación lejana. Pero en el agujero negro, si la señal es lo suficientemente amplia, podría doblarse alrededor del agujero (¿con lente?) en todos los lados, de modo que de repente llegue a la estación lejana, extra brillante.

¿Qué tan cerca puedo acercar un rayo de luz a un agujero negro antes de que se corrompa la información que contiene el rayo?
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