¿Se espera que todos los agujeros negros estelares giren cerca de la máxima velocidad ωω\omega permitida?

Usando un poco de razonamiento clásico, imagino que la formación de un agujero negro es muy parecida a un patinador sobre hielo que tira de sus brazos:

la patinadora tira de sus brazos para aumentar la velocidad angular

Ahora, la diferencia de tamaño entre una estrella y su agujero negro ni siquiera se puede capturar de manera efectiva en una imagen. El agujero negro de nuestro sol sería mucho menor que un píxel en esta imagen:

comparación del tamaño de nuestro sol y planetas

Eso me sugiere que incluso las estrellas que giran muy lentamente tendrían un momento angular mucho mayor que el que podrían soportar los agujeros negros resultantes. No he hecho el cálculo porque realmente no entiendo la métrica de Kerr , pero incluso con un montón de movimientos de manos clásicos, creo que casi todos los agujeros negros formados en un colapso estelar estarían girando al máximo.

Entonces mi pregunta es, ¿esperamos que casi todos los agujeros negros giren al máximo? Si es así, (aproximadamente) ¿cuánto momento angular se pierde porque la estrella tenía mucho más de lo que el agujero negro podía soportar? Y, ¿cómo se pierde todo este momento angular adicional durante el colapso? ¿Es solo en forma de toneladas de materia que se expulsan hasta que el momento angular es lo suficientemente bajo como para permitir la formación de un agujero negro de Kerr?

Gran parte de la masa de la estrella no termina en el agujero negro y una gran cantidad de momento angular se puede llevar de esa manera. Ni idea si eso importa o no.
Para un orden de magnitud, si la Tierra tuviera una densidad uniforme pero la misma masa, radio y velocidad de rotación, creo que tendría ∼ 900 veces demasiado momento angular para colapsar en un agujero negro. En cuanto a los agujeros negros reales, le he preguntado esto informalmente a los especialistas de AGN y nunca he obtenido nada más que respuestas evasivas.
Hola @bobie, gracias por las ediciones y la pregunta sigue abierta. Por supuesto, agradezco otra respuesta.

Respuestas (1)

El momento angular alto presenta una barrera que evita el colapso en un agujero negro (al menos hasta que este momento angular se irradie).

El parámetro del que depende la formación de un agujero negro es la relación q de momento angular ( j ) al cuadrado de la masa ( METRO ). Si q = j / METRO 2 < 1 (en unidades relativistas con GRAMO = 1 , C = 1 ), entonces se puede formar el agujero negro (agujero negro de Kerr no extremo, para ser precisos). Si q > 1 entonces el agujero negro no puede formarse a partir de toda la materia sin algún mecanismo para perder el momento angular (esto significa, por supuesto, que parte de la masa también tiene que perderse en el proceso).

Por ejemplo, actualmente para el Sol, este parámetro es un poco más de 1. ( Por supuesto, la masa solar es demasiado pequeña para formar un agujero negro, con o sin momento angular ).

Si estamos hablando de colapso estelar (ver por ejemplo [1]), durante la evolución tardía de la estrella, pierde una parte considerable de su capa exterior. Dado que las capas exteriores llevan la mayor parte del momento angular, es muy posible que, como resultado de este proceso, la rotación del objeto real que colapsa sea lo suficientemente lenta como para formar el agujero negro directamente.

Alternativamente, si la velocidad de rotación de la estrella que colapsa es lo suficientemente alta, durante el colapso la parte del momento angular se retiene en el disco de acreción que se forma alrededor del agujero negro recién creado. La materia de dicho disco podría caer dentro, lo que podría aumentar la proporción q , pero aun así nunca alcanzará el valor límite de 1.

Tenga en cuenta que el disco de acreción (según la configuración real) también puede producir el efecto opuesto . El proceso de Blandford-Znajek puede ralentizar la rotación de un agujero negro al extraer energía de rotación.

Otra posibilidad es que si la rotación es lo suficientemente rápida, el agujero negro nunca se forma: por ejemplo, las simulaciones numéricas en [2] encontraron que para q > 1 la estrella de neutrones que colapsa forma un toro que luego se fragmenta en grupos no simétricos (sin llegar a producir horizonte).

[1] Heger, A., Fryer, CL, Woosley, SE, Langer, N. y Hartmann, DH (2003). Cómo las estrellas solitarias masivas terminan su vida . The Astrophysical Journal, 591(1), 288. arXiv:astro-ph/0212469 .

[2] Duez, MD, Shapiro, SL y Yo, HJ (2004). Evoluciones hidrodinámicas relativistas con escisión de agujeros negros . Revisión física D, 69(10), 104016. arXiv:gr-qc/040107 .

Buen comentario, pero para enfatizar, notemos que este es un argumento a favor de la respuesta "sí, los agujeros negros tenderán a tener un momento angular máximo". Porque ese momento angular máximo ("agujero negro de Kerr extremo") es J = M ^ 2, por lo tanto, q = 1. Entonces, bajo la formación de agujeros negros, una estrella generalmente puede tener más que este momento angular crítico y la formación de agujeros negros se establece justo en el valor crítico.
¿Se espera que todos los agujeros negros estelares giren cerca de la máxima velocidad ωω\omega permitida?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v