Singularidades de agujeros negros

Si dos agujeros negros chocan y luego se evaporan, ¿dejan atrás dos sigularidades desnudas? Si hay dos, ¿podemos saber cómo interactúan?

No dejarán nada.

Respuestas (5)

Dado que la gravedad clásica es mucho más fuerte que la gravedad cuántica, la colisión tendrá lugar en escalas de tiempo mucho más rápidas que la eventual radiación de Hawking. Por lo tanto, los dos agujeros negros experimentarán un proceso bastante violento y eventualmente se establecerán en una situación estática que probablemente sea un nuevo agujero negro. Ese agujero negro se evaporará en escalas de tiempo mucho más largas, eventualmente evaporándose por completo o dejando atrás algún "remanente" de larga duración. Nadie sabe realmente qué deja el agujero negro después de evaporarse, pero no creo que sea una singularidad desnuda.

La respuesta es ni dos ni uno. Los agujeros negros que chocan y luego se evaporan dejan solo un montón de radiación. No quedan 'singularidades desnudas'.

En el pasado ha habido mucha confusión sobre la evaporación de los agujeros negros. Pero preguntas como "¿qué sucede con la información que describe el microestado del agujero negro?" han sido respondidas. La idea clave es el principio holográfico y la complementariedad del agujero negro. Si quieres aprender más sobre esto, el libro de Lenny Susskind 'La Guerra del Agujero Negro' es un buen punto de partida.

dejan un solo agujero negro más algo de radiación, no solo radiación.
@Jerry Schirmer - ¿Referencias?
arxiv.org/abs/0710.1338 , por ejemplo. una búsqueda en arXiv de "coalencia de agujeros negros binarios" dará muchos resultados.
Está usted equivocado. En ninguna parte de este artículo los autores afirman que el agujero negro que queda después de la coalescencia es inmune a la radiación de Hawking.
La respuesta es buena con la advertencia de que cualquier pregunta como esta relacionada con la gravedad cuántica no está resuelta. Sin embargo, la opinión más extendida, dado lo que creemos que sabemos, es que los agujeros negros eventualmente se evaporarían en una explosión de partículas elementales sin dejar ningún otro remanente. El principio holográfico y su realización en la teoría de cuerdas ha proporcionado una nueva comprensión de cómo puede funcionar esto sin violar las leyes de la mecánica cuántica y la termodinámica.

no puedes producir ninguna singularidad desnuda en ningún proceso en 3+1 dimensiones. Esta declaración fue acuñada originalmente por Roger Penrose bajo el lema "Conjetura de la censura cósmica" (CCC). Una singularidad desnuda sería una singularidad que podría afectar al mundo que la rodea porque no tendría horizonte; Explicaré estas palabras más adelante.

Debido a que la dinámica parece problemática cerca de una singularidad, es difícil calcularla mediante la relatividad general clásica o incluso las descripciones de la gravedad cuántica que conocemos, parecía que el Universo sería impredecible si pudiera haber "singularidades desnudas", es decir, singularidades que no están protegidas. por horizontes de eventos. Eso fue visto como un problema por Penrose (y otros), una inconsistencia potencial que el Universo debería evitar.

Este pensamiento de Penrose se ha mostrado en parte incorrecto, al menos en dimensiones superiores. Una teoría adecuada de la gravedad cuántica simplemente puede (y tiene que) producir predicciones, al menos en principio, de lo que le sucede a un observador que puede observar cualquier singularidad. Y, de hecho, ha habido contraejemplos, experimentos mentales en dimensiones superiores, en los que uno puede producir una singularidad desnuda al final.

Hasta donde yo sé, sigue siendo cierto que el CCC se mantiene en 3+1 dimensiones. No se pueden crear singularidades desnudas mediante ningún proceso, ya sea que involucre 0 agujeros negros, 1 agujero negro o 2 agujeros negros. Los agujeros negros suelen tener una singularidad en su interior, pero no están desnudos exactamente porque son agujeros negros. Una característica definitoria de un agujero negro es que son agujeros negros, lo que significa que la luz no puede escapar de ellos. No puede escapar de ellos porque está confinado por el horizonte de sucesos. El horizonte de eventos son las "ropas" con las que se "viste" la singularidad, por lo que no está desnuda.

Entonces, a pesar de algunos conceptos erróneos populares, la característica definitoria de los agujeros negros es el horizonte de eventos, y no una singularidad. Una singularidad es solo una adición típica que viene con el "paquete" del agujero negro. En los agujeros negros de Schwarzschild, la singularidad es similar al espacio. Sin embargo, una vez que el agujero negro se evapora, no queda nada. En las etapas finales de la descomposición de un agujero negro, el pequeño agujero negro parece prácticamente indistinguible de una especie de partícula pesada en la física de partículas ordinaria (o teoría de cuerdas), y se descompone en unas pocas partículas que conocemos de los colisionadores.

Dos agujeros negros estabilizados, cuando chocan, emiten algunas ondas gravitacionales, y cuando están lo suficientemente cerca (para que no continúen como dos agujeros negros), el resto de su masa = energía que no ha sido irradiada. colapsa en un solo agujero negro que también se estabiliza rápidamente. Este agujero negro procederá con la radiación de Hawking y después de mucho tiempo, también desaparecerá. No queda nada. La investigación en los últimos 20 años más o menos ha dejado bastante claro que no pueden quedar restos, etc.

Todos los mejores Lubos

Mientras leo la pregunta, la suposición implícita es que la evaporación del agujero negro produce la singularidad desnuda, no la colisión de los agujeros negros... Me gusta la parte sobre la distinción singularidad/horizonte, como saben, esto causa una cantidad infinita de confusión.
Un ajuste extremo de las condiciones iniciales puede producir singularidades desnudas, como se muestra en las simulaciones de colapso crítico de los años 90. La reformulación moderna de la Conjetura del Censor Cósmico establece que las soluciones que evolucionan hacia horizontes forman un conjunto denso en el espacio de fase de condiciones iniciales físicamente razonables, por lo que se necesitaría un ajuste fino inverosímilmente preciso para producir una singularidad desnuda.
Creo que la declaración adecuadamente refinada pero todavía general sigue siendo a día de hoy una conjetura. Puedes probarlo en ciertos escenarios con simetría adicional. Pero las soluciones de anillo negro en D más altas definitivamente dejan la puerta abierta en 3+1D para posibilidades exóticas.

Las reglas de la relatividad general nos dan un conjunto muy específico de reglas para la interacción de los dos agujeros negros. Podemos integrar las ecuaciones para saber qué pasaría si, por ejemplo, tuviéramos dos agujeros negros orbitando entre sí, o en curso de colisión frontal.

El resultado que obtenemos es que los dos agujeros negros en colisión no se evaporarán ni formarán una singularidad desnuda. Sus horizontes se fusionarán en un solo horizonte distorsionado, que luego se suavizará emitiendo radiación gravitatoria. Más tarde, tendrá un solo agujero negro con una masa menor que las masas combinadas de los dos agujeros negros iniciales (la diferencia de masa será la energía que se irradia como radiación gravitatoria). De acuerdo con las simulaciones numéricas de colisiones, no se debe formar una singularidad desnuda para colisiones genéricas.

Supongo que la "evaporación" en la pregunta es la radiación de Hawking. La etapa final de la radiación de Hawking no se entiende bien, pero nadie espera que haya singularidades desnudas involucradas.
@Ted Bunn: Sí. No entendí muy bien qué tenía que ver la colisión de agujeros negros con la radiación de Hawking, así que respondí la pregunta desde el lado GR clásico. La única forma en que pude ver una singularidad desnuda involucrada es por el hecho de que la solución crítica en los fenómenos de colapso crítico es una singularidad desnuda de masa cero. Pero en cualquier caso, necesitaríamos una teoría completa de la gravedad cuántica para poder hablar sobre las últimas etapas de la radiación de Hawking.
está bien decir que no podemos tener una certeza absoluta sobre las últimas etapas del proceso de radiación de Hawking sin una teoría QG completa, pero negar la radiación de Hawking (vea su comentario en mi respuesta) es obviamente incorrecto.
@Johannes: claro, pero no podemos estar absolutamente seguros de cuál es el estado final. Es completamente plausible que la radiación eventualmente alcance el equilibrio con el agujero negro, por ejemplo. Si el horizonte se evapora lo suficientemente rápido, es ciertamente posible una singularidad desnuda durante algún tiempo. También dudo en decir qué tan seguros estamos de un efecto que nunca se ha observado, por mucho que esté respaldado por simples generalizaciones de la teoría existente. Quizás la radiación de Hawking termina suprimida, como la forma en que QM finalmente evita que los electrones se conviertan en protones en espiral.

La respuesta es cero. Cuando los agujeros negros se evaporen debido a la radiación de Hawking, no dejarán ninguna singularidad. Las singularidades en los agujeros negros están dentro del horizonte de eventos.

Sin embargo, cuando dos agujeros negros chocan, sus singularidades se fusionan para formar una singularidad dentro del horizonte de eventos del agujero negro fusionado. Tal vez eso es lo que realmente querías saber.

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