Si todas las estrellas giran, ¿por qué se desarrolló una teoría que requiere estrellas que no giran?

Según la investigación de Penrose, una estrella que no gira terminaría, después del colapso gravitatorio, como un agujero negro perfectamente esférico. Sin embargo, todas las estrellas del universo tienen algún tipo de momento angular.

¿Por qué siquiera molestarse en hacer esa investigación si eso nunca sucederá en el universo y tiene alguna implicación para el futuro de la astrofísica?

¿Le importaría proporcionar más información sobre la investigación, por ejemplo, un enlace a un artículo sobre ella?
Las vacas esféricas sin fricción también son abstracciones útiles...
¿Supongo que es la solución a un modelo simplificado de la realidad como primer paso? Eso no es inusual en la ciencia...
" Sin embargo, todas las estrellas del universo " ¿Las has comprobado todas , verdad?
@TripeHound Cada estrella del universo tiene un giro absoluto de al menos cero.
"Todos los modelos están mal, pero algunos son útiles"
FWIW, hay un gráfico al final de esta respuesta del giro de 19 agujeros negros supermasivos. Como puede ver, tienen velocidades de giro que son una fracción significativa de la velocidad de la luz.
@ wizzwizz4 Zero es al menos cero.
¿Alguna vez resolvió un problema tratando objetos macroscópicos como masas puntuales? Ninguno de esos objetos son en realidad puntos matemáticos y, sin embargo, puede hacer ciertas suposiciones, ignorar ciertos detalles y usar el modelo resultante para comprender lo que está sucediendo y hacer predicciones, siempre que tenga en cuenta que hay escenarios donde dicho modelo es menos aplicable, o no aplicable, porque las suposiciones que hizo ya no se aplican y los detalles que descartó comienzan a producir efectos significativos. Siempre hay un dominio de aplicabilidad. Todo en la ciencia es así.
Por lo general, debe comenzar de manera simple antes de hacer las cosas más complicadas. Resulta que la rotación es un poco complicada.

Respuestas (5)

De manera similar, podríamos preguntar...

Ninguna viga puede tener exactamente 1 metro de largo. Ninguna viga puede ser exactamente recta. El material que forma una viga no puede ser verdaderamente isótropo. Entonces, ¿por qué deberíamos molestarnos en calcular la tensión en una viga recta de 1 metro que tiene material isotrópico?

Porque saber cómo realizar este cálculo es fundamental para realizar cálculos más complejos.

El cálculo del agujero negro no giratorio también proporciona una solución limitante. La solución para el colapso de una estrella giratoria se acercará a esta solución cuando el giro se acerque a cero.

De manera similar, Newton nos dijo que a medida que las fuerzas externas se acercan a cero, la trayectoria de un objeto en movimiento se acercará a una línea recta. Es útil saber esto aunque no hay lugar en nuestro universo que no tenga influencia gravitatoria.

Supongamos una vaca esférica...
No estoy seguro de si el metro todavía está definido contra un estándar, pero si es así, hay un palo que mide exactamente 1 metro de largo (por definición). Sin embargo, quizás no sea del todo relevante para su punto.
+1, pero ¿es obvio que el caso no giratorio es una solución limitante? A priori, podría haber efectos globales (¿topológicos?) que entren en juego a medida que la densidad del momento angular crece hacia el infinito justo antes de que se forme una singularidad.
@HenningMakholm: Podría estar malinterpretando su punto (no soy físico). Quise decir que es el límite de giro bajo, no el límite de giro alto.
@James En un "modelo" de movimiento manual muy simple, el colapso de una estrella negra también es un tamaño límite 0 , y durante el colapso el momento angular permanece constante. Esto podría no funcionar bien con nuestro límite de momento angular 0 . (Conceptualmente, piense en límite X 0 límite y 0 arcán ( X / y ) y / X = 0 contra límite y 0 límite X 0 arcán ( X / y ) y / X = 1 .)
@James: Mi punto es que una estrella que colapsa con un momento angular bajo pero distinto de cero tiene que pasar por una fase en la que su densidad de momento angular diverge hasta el infinito durante el colapso, mientras que una estrella con un momento angular cero puede tener una densidad de momento angular cero durante su colapso completo. Eso podría (al menos a priori) dar lugar a una diferencia cualitativa que no es respetada por el proceso de limitación.
@HenningMakholm: ¡Gracias! Entiendo tu punto ahora.

Todos los modelos son aproximaciones, juzgamos un modelo por su utilidad.

Comprender el colapso de una estrella que no gira en un agujero negro da una idea de la naturaleza del colapso gravitacional. Gran parte de la física del colapso no depende del giro. La formación de un horizonte de sucesos, por ejemplo.

Los modelos se pueden refinar y, en este caso, considerar la rotación conduce a una mayor comprensión y una estructura simétrica no esférica con múltiples horizontes singulares.

Todos los modelos son necesariamente simplificaciones. Pero el modelo no giratorio sigue siendo útil.

Otra consideración es que la física que describe un agujero negro en rotación fue mucho más difícil de desarrollar.

Las matemáticas que describen el agujero negro de Schwarzschild (sin carga, sin giro) se desarrollaron en 1916 . Esto se amplió a agujeros negros cargados que no giran en 1918 (la métrica Reissner-Nordström )

No fue hasta 1963 que se desarrolló la métrica de Kerr para agujeros negros giratorios sin carga. Dos años más tarde, se encontró la forma más general, la métrica de Kerr-Newman .

No me gustaría esperar 47 años para que se desarrolle un modelo de agujero negro más preciso antes de hacer cualquier trabajo significativo en el campo.

También tenga en cuenta que la solución pura de Schwarzschild es estática: es eterna, no se forma por colapso, y es el único objeto en un universo vacío. Pero sigue siendo una solución útil, a pesar de estas simplificaciones antinaturales.

El periodo de rotación de nuestro sol es de 24,47 días en el ecuador y de casi 38 días en los polos, el periodo de rotación de nuestro planeta es de 23h 56m 4,098,903,691s . El uso de las ecuaciones de Schwarzschild para ambos casos no es exacto.

Si usó la ecuación para objetos que no giran para calcular el tiempo a la altitud de los satélites GPS (~ 20 200 km o 12 550 millas), entonces tendría un error de 38 636 nanosegundos por día . Un año juliano se define como 365,25 días de exactamente 86.400 segundos (unidad base SI), totalizando exactamente 31.557.600 segundos en el año astronómico juliano. El año calendario gregoriano (promedio de 400 años) es de 365,2425 días.

Multiplicando 365.2425 x 38,636 = 14,111,509.23 nanosegundos, eso es 0.0141 segundos por año. Si estar equivocado por esa cantidad no le preocupa, puede usar la ecuación más fácil, como para los cálculos relacionados con la estrella HR 1362 , que tiene un período de rotación de 306,9 ± 0,4 días.

Tienes razón: todas las estrellas giran. La única razón por la que puedo pensar por qué los astrofísicos hacen cálculos para una estrella que no gira o un agujero negro es que hace que sus cálculos sean un poco más fáciles. Aunque todas las estrellas giran, algunas giran mucho más rápido que otras y sus masas también varían, por lo que existe un amplio grado de incertidumbre que se reduce al calcular una estrella que no gira.

¿Qué tan seguros podemos estar de que todas las estrellas giran? Hay muchas estrellas y muchas posibles interacciones (teóricas) que ralentizarían la rotación.
Nadie ha encontrado uno todavía. Sospecho que causaría sensación si se descubriera uno.
@Valorum Sí, estaba pensando en una colisión estelar donde las estrellas giran en direcciones opuestas. Si la energía de rotación es exactamente opuesta, obtendrá un resultado sin rotación. Muy improbable, no del todo imposible; por lo tanto, probablemente sucederá en algún lugar, algún día.
@LorenPechtel El impulso de rotación debe ser exactamente igual. Creo que eso cuenta como absolutamente imposible.
@Valorum Porque la posibilidad de un momento angular "cero" se acerca a 0 mucho más rápido que la cantidad de estrellas que crecen con el "tamaño de muestra".
@MartinBonner: seguramente no es necesario que sea exacto, solo muy similar. Una estrella que es golpeada por múltiples objetos podría (teóricamente) eventualmente invertir su rotación, lo que significa que, al menos por un momento, la rotación sería cero. Golpéelo con múltiples objetos más pequeños y la rotación podría reducirse a aproximadamente cero.
@Valorum Nadie tiene ningún problema con aproximadamente cero; eso es obvio. Para una estrella cuya rotación es inversa: obviamente "el sistema" (estrella+impactador) tiene momento angular en dirección opuesta a la estrella sola. La estrella + el impactador se mezclarán de manera compleja, por lo que no creo que sea útil hablar de la dirección inversa de "la estrella".