¿Se aplican los límites de Roche a los agujeros negros?

Considere el agujero negro A, un agujero negro súper masivo en el centro de la galaxia. En órbita está el agujero negro B, un agujero negro mucho menos masivo.

Si algún cuerpo que pasa modificara la órbita del agujero negro B de modo que cayera dentro del límite de Roche del agujero negro A, ¿qué pasaría con el agujero negro B?

Si se convirtiera en un anillo, ¿se volvería a inflar la materia del agujero negro ya que no estaría bajo una gravedad tan alta? ¿Los agujeros negros incluso responden a los límites de Roche como lo hace la materia normal?

La idea del límite de Roche se aplica a los agujeros negros si el cuerpo secundario no es un agujero negro. Por ejemplo, si un asteroide se acerca demasiado a un agujero negro, se desgarrará. La distancia a la que esto sucede está relacionada con el radio de un cuerpo con la masa del agujero negro y la densidad del asteroide.

Respuestas (4)

El límite de Roche se aplica cuando un cuerpo más pequeño que se mantendría unido por su propia gravedad se encuentra en el campo gravitatorio de otro, de modo que las fuerzas de marea de este último son más fuertes que la propia gravedad de este último, destruyendo así el más pequeño. cuerpo.

Sin embargo, las fuerzas de marea gravitatorias de un agujero negro son siempre finitas, excepto en la singularidad interna. Esto es un problema porque la gravedad propia de un agujero negro, en el sentido de la aceleración que necesitaría una masa para permanecer estacionaria en su superficie, es infinita 1 . Por lo tanto, no deberíamos esperar que un gran agujero negro destruya otro a través de las fuerzas de marea gravitatorias.

Dicho de otra manera, el límite de Roche ocurre cuando las partículas del cuerpo más pequeño pueden escapar de ellos... pero no pueden escapar del horizonte de eventos de un agujero negro. Por lo tanto, los agujeros negros orbitarán o se fusionarán, que es lo que sucede en las simulaciones numéricas.

1 Hay un concepto separado de la gravedad de la superficie de un agujero negro que es esencialmente reescalado por el factor de dilatación del tiempo gravitacional y, por lo tanto, se mantiene finito.

Es diferente. Los agujeros negros no son objetos, como los planetas o las estrellas. Más bien, son poderosas distorsiones del espacio-tiempo, mantenidas por la concentración de masa/energía en él (que a su vez es mantenida prisionera por la distorsión del espacio-tiempo, un círculo vicioso roto lentamente por la radiación de Hawking). Como tales, no se pueden "desgarrar", ya que no hay nada que desgarrar allí, solo una maraña gigante deformada de espacio-tiempo.

En cambio, dos agujeros negros podrían fusionarse, si se acercan lo suficiente y pierden suficiente movimiento orbital mutuo.

fusionando agujeros negros

El resultado es un único agujero negro más grande.

(Sí, esto debería ser un comentario. Sin embargo, es demasiado grande).

Para abordar el comentario de Sidney a la respuesta de Ed Shaya:

La ecuación límite de Roche se puede expresar como

1.26 × R secundario × Primario Secundario 3

Dado que el radio del secundario es cero y cero por cualquier cosa es cero, el límite de Roche también es cero.

Cuando piensas en lo que realmente significa el límite de Roche, esto es evidente. El límite de Roche es el punto donde el primario está elevando una marea sobre el secundario que es más fuerte que su propia gravedad. Las mareas se basan en el hecho de que mientras el objeto está a cierta distancia, realmente ocupa espacio, las partes están más cerca (que experimentan un tirón mayor) y las partes están más alejadas (que experimentan un tirón menor). No hay punto en el agujero negro. eso está más cerca o más lejos, por lo que no hay marea, por lo que no se romperá incluso si no tuviera gravedad propia.

Aquí está la notación utilizada. Por alguna razón, la información no está en el centro de ayuda de Astronomía.
Un agujero negro es, por definición, una región encerrada por un horizonte de eventos. Por lo tanto, definitivamente hay puntos en el agujero negro que están más cerca o más lejos.
Pero no hay nada en particular en el horizonte de sucesos. Es solo el punto en el que la luz no puede escapar. La materia está en el centro y el límite de Roche es desgarrar la materia.
@EdShaya, el argumento en esta respuesta no tiene un sonido general, incluso si reemplaza 'agujero negro' con 'singularidad'; por ejemplo, los agujeros negros giratorios tienen una singularidad extendida espacialmente que no es (espacialmente) puntual.
Verdadero. Se cree que los agujeros negros giratorios forman un anillo en lugar de un punto. Pero, a) el anillo está dentro del horizonte de sucesos, por lo que los observadores externos nunca ven lo que sucede con estos anillos yb) la densidad a lo largo del anillo es infinita, por lo que aún es difícil de interrumpir. Ahora, una pregunta interesante es ¿qué sucede exactamente cuando dos anillos de materia de densidad infinita se fusionan? ¿Cómo procede eso? Es interesante incluso si nunca podemos verlo (e informar). Bueno, a menos que Penrose (1969) esté equivocado acerca de la Censura Cósmica de las singularidades desnudas.
@EdShaya a) es exactamente por eso que ni siquiera es relevante para la pregunta, por lo que es extraño que lo sigas mencionando. b) el interior de Kerr es extremadamente inestable a las perturbaciones, entonces no. Ni siquiera importa cuánto se ve afectada o no la estructura interna, porque si todo está detrás de un horizonte de eventos, seguirá habiendo un agujero negro, y si sale del horizonte, entonces no hay horizonte. Por lo tanto, la existencia del horizonte es una condición necesaria y suficiente para que el agujero negro esté allí, y la estructura de la singularidad es una completa pista falsa para esta pregunta.
@StanLiou No estoy de acuerdo: estaba diciendo que, dado que es un punto, no habría marea y, por lo tanto, no se desmoronaría incluso sin su propia gravedad. Por lo tanto, la naturaleza no puntual de un agujero negro de Kerr es relevante.
@LorenPechtel lo siento, pero está confundido acerca de qué es un agujero negro, es decir, qué significa el término. Pero en este punto me repetiré de nuevo, así que me detendré aquí.
Este límite de Roche se calcula utilizando la gravedad newtoniana. Es inaplicable a un par de agujeros negros.

Debido a que la densidad de la materia en el centro de un agujero negro es infinita (o casi), el radio de Roche es 0 (o casi). Dos agujeros negros en órbita giran en espiral uno hacia el otro porque irradian ondas de gravedad y forman un horizonte de eventos mutuo sin perturbar la materia en sus centros.

¿Es esto simplemente una propiedad de los agujeros negros, o implica que el límite de Roche para un cuerpo celeste es variable dependiendo de la atracción gravitatoria del cuerpo con el que está interactuando? Ej: El límite de Roche del Sol para Júpiter sería diferente al límite de Roche del Sol para la Tierra.
"La densidad de un agujero negro es infinita": esto simplemente no es cierto, o al menos depende de tomar interpretaciones peculiares de los términos que no tienen una relevancia clara aquí.
Una vez que un objeto ha sido comprimido a su radio de Schwarzschild, continuará colapsando hasta convertirse en una singularidad. La densidad de la materia en un agujero negro en GR es infinita, pero con QM puede tener un radio de su longitud de onda de De Broglie más o menos. Entonces, el agujero negro, la región dentro del horizonte de eventos, es solo un espacio vacío excepto por un objeto casi puntual en el centro.
@EdShaya, lo que acaba de decir es cierto (bajo suposiciones razonables sobre la materia, y excepto por ser necesariamente puntual), pero no es relevante para la pregunta. Un agujero negro se define por la presencia de un horizonte de eventos, que a su vez depende del comportamiento de las partículas de prueba en la región. Por lo tanto, un agujero negro sería destruido por la gravedad de otro (sin fusionarse) siempre que las partículas de prueba en él pudieran escapar al infinito (es decir, ya no habría un horizonte). Por supuesto, eso no sucede, pero eso es lo que significaría destruir un agujero negro. ...
Otra forma de ilustrar el punto: si viola las condiciones de energía relevantes, podría tener agujeros negros sin ninguna singularidad. Pero la respuesta en ese caso completamente hipotético sería completamente la misma: el otro agujero negro no sería destruido porque su horizonte no sería destruido. Lo que sucede en el fondo no importa a la pregunta.
¿Se aplican los límites de Roche a los agujeros negros?
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