¿Todos los agujeros negros tienen una singularidad?

La respuesta corta es sí.

Pero si quiere elegir un poco, podría argumentar que cuando una estrella colapsa para formar un BH, primero forma un horizonte antes de que se forme la singularidad (no puede formar una "singularidad desnuda"). Y dado que el tiempo dentro del horizonte está esencialmente congelado con respecto al de un observador externo, la singularidad NUNCA se forma. Sin embargo, desde el punto de vista de la estrella que colapsa, la singularidad se forma aproximadamente un milisegundo después del horizonte.

En la relatividad general clásica, una vez que se forma un horizonte de eventos, cada partícula dentro de ese horizonte de eventos viajará inevitablemente en la dirección del centro del agujero negro. Esto es lo que se entiende por "colapso gravitatorio" y cómo la materia llega a formar una singularidad en el centro; no importa cuán pequeño sea o cuán cerca del centro esté, nada puede evitar que se acerque cada vez más al centro. Desde el punto de vista del objeto en sí, llega al centro en un tiempo finito.

En algunas teorías de la física más exóticas, como la teoría de cuerdas o la gravedad cuántica de bucles, la naturaleza cuantizada del espacio y el tiempo viene al rescate y evita que se forme una singularidad, por lo que se alcanza una densidad finita máxima y se mantiene un equilibrio en el centro. Esto es similar conceptualmente a lo que usted describe, pero sigue siendo un material más exótico y mucho, mucho más denso que las estrellas de neutrones.

La densidad de la que estamos hablando aquí sería aproximadamente una masa de Planck por longitud de Planck cúbica , en otras palabras, 2,176 51 × 10^−8 kg / (1,616 199 × 10^−35 m)^3 ~= 5,15556^96 kg/ m ^ 3, donde el material de la estrella de neutrones es "solo" (aproximadamente) 10 ^ 18 kg / m ^ 3.

Sin embargo, en cualquier caso, fuera del horizonte de sucesos, el agujero negro puede tratarse matemática y observacionalmente como una simple singularidad, por lo que para los cálculos observacionales, no hay "valor agregado" al preocuparse por el funcionamiento interno del agujero negro. El teorema que describe esto se llama coloquialmente "Los agujeros negros no tienen pelo". Este teorema fue probado y acuñado por John Wheeler , el mismo físico que acuñó la frase "agujero negro" en primer lugar.

Wikipedia parece indicar que todos lo hacen:

En el centro de un agujero negro, tal como lo describe la relatividad general, se encuentra una singularidad gravitatoria, una región donde la curvatura del espacio-tiempo se vuelve infinita. Para un agujero negro que no gira, esta región toma la forma de un solo punto y para un agujero negro que gira, se mancha para formar una singularidad de anillo que se encuentra en el plano de rotación. En ambos casos la región singular tiene volumen cero. También se puede demostrar que la región singular contiene toda la masa de la solución del agujero negro. Por lo tanto, se puede pensar que la región singular tiene una densidad infinita.

Si hay una superficie nula atrapada, y se cumple una de las condiciones de energía como la condición de energía nula, o la condición de energía débil, y el espacio exterior no es compacto, tiene que existir una singularidad o una curva temporal cerrada dentro del agujero negro.

Véase Penrose y Hawking.

Entonces, espera que el borde de una estrella de neutrones pueda estar justo debajo del horizonte de eventos y permanecer estable allí; en otras palabras, la estrella de neutrones no colapsaría en la singularidad que se formaría.

Eso no es posible. Mira mi respuesta aquí: ¿Por qué no puedes escapar de un agujero negro? Tiene una buena imagen que explica que una vez que pasas el horizonte de eventos, la curvatura del espacio-tiempo esencialmente gira la dirección del tiempo para apuntar en una dirección espacial hacia el centro del agujero negro. Entonces, así como no puedes resistirte a avanzar en el tiempo, el borde de la estrella de neutrones no puede resistirse a caer en el centro del agujero negro, esa es la dirección del tiempo futuro.

Esta es una pregunta para el foro de Física.

La respuesta honesta es que no lo sabemos con seguridad. La relatividad general es una teoría clásica (no cuántica), por lo que debería desmoronarse a escalas muy pequeñas y densidades de energía muy altas, exactamente lo que se supone que sucede en una singularidad. Todavía estamos esperando que surja la teoría de la relatividad cuántica; si y cuando eso suceda, sabremos mucho más sobre las singularidades.

Agujeros negros WRT, tal vez sea prudente decir que, cuanto más se profundiza, menos sabemos realmente lo que está pasando.

Sabemos mucho sobre la región que rodea el horizonte de sucesos; estamos bastante seguros de que lo hicimos bien, y de hecho tenemos observaciones hoy en día que coinciden con la teoría.

Creemos que sabemos un poco sobre las cosas que suceden dentro del horizonte de eventos, pero las cosas se están volviendo un poco confusas allí.

No podemos decir con toda honestidad que sabemos mucho sobre lo que sucede en el fondo, en la singularidad misma; ahí es donde la relatividad general se divide por cero y se arruina.

Por lo tanto, tome todo con pinzas y mantenga la mente abierta.

La masa máxima de una estrella de neutrones es el límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff y se cree que está entre 1,5 y 3 masas solares; el rango se debe a las incertidumbres de la ecuación del estado de la materia en estas densidades extremas. Si la masa de una estrella de neutrones supera este límite, se supone que la implosión en un agujero negro es inevitable, no hay fuerza que pueda repeler el colapso según la relatividad general.

Entonces, los agujeros negros son distintos de las estrellas de neutrones y un horizonte de eventos solo se forma alrededor del agujero negro.

La presión de degeneración cuántica de los electrones que mencionaste ocurre dentro de las enanas blancas. En las estrellas de neutrones, la presión de degeneración cuántica de los neutrones es la responsable.

Todos los agujeros negros contienen singularidades, sin embargo, no todas las singularidades involucran agujeros negros. Una estrella de neutrones puede ser densa, la materia del tamaño de la cabeza de un alfiler puede pesar tanto como la Tierra, pero parece haber un límite matemático más allá del cual se forma un agujero negro. El primer paso para esto es la formación del horizonte uniforme, y todo dentro del horizonte de eventos es su singularidad. Si la masa de una estrella de neutrones aumenta en relación con su radio para formar su circunferencia crítica (una estrella 10 veces más pesada que nuestro sol tendría una circunferencia crítica de alrededor de 110 millas, o un radio de 20 millas), sufre un colapso gravitatorio y tienes tu negro agujero. Más allá, la materia es tan infinitamente densa que la atracción gravitacional succiona cada fotón de luz hacia su centro. En este punto tienes tu singularidad, donde la densidad infinita significa que el espacio y el tiempo como lo conocemos, dejan de existir. Te encuentras en un estado constante de equilibrio caótico; como el último coche de arrastre que consume cientos de kilos de combustible cada segundo.

Un agujero negro es un objeto súper masivo con un campo gravitatorio muy intenso, al igual que una estrella de neutrones, pero la diferencia entre los dos es que la luz puede escapar del campo gravitatorio de una estrella de neutrones, pero no del de un agujero negro. , por eso se llama agujero negro.

Algunas estrellas son lo suficientemente masivas como para convertirse en agujeros negros, pero otras no, se convierten en estrellas enanas (como lo haría nuestro sol) o en estrellas de neutrones. Las estrellas por encima del límite de chandrashekhar (alrededor de 2 masas solares) se convertirían en agujeros negros, tendrían una velocidad de escape mayor que la velocidad de la luz, mientras que las que están por debajo no la tendrán.

Un horizonte de sucesos es solo luz que intenta escapar de un agujero negro, pero queda atrapada en una órbita a su alrededor.

La singularidad es solo una hipótesis, nadie sabe si realmente existe o no, pero no es necesaria para un agujero negro (según yo). Creo en el principio de exclusión, pero eso sería a nivel de cuerdas (teoría de cuerdas) a una escala de$10^-33$metros y hasta ahí puede llegar una 'singularidad'.

NO: todos los agujeros negros NO tienen una singularidad. La siguiente descripción de un BH "estructurado por radiación" es conjetural; pero responde a su pregunta sobre las singularidades, y tiene sentido. He omitido todo menos las ideas clave al describir este concepto, y hay muchos detalles que, hasta el momento, pueden ser inexplicables:

Cuando la cantidad de movimiento de una partícula en un agujero negro en desarrollo (todavía no es un BH) alcanza un nivel crítico, el potencial gravitacional ha producido un valor de cantidad de movimiento de la partícula que entra en conflicto con los valores permitidos por la mecánica cuántica, y la naturaleza responde transformando partículas de alta energía. dinámica en radiación de alta energía. Esta radiación se manifiesta en o cerca del límite BH, en lugar de en forma de singularidad.

Este evento crítico establece una 'densidad' límite de BH correspondiente a E/área de superficie = densidad de energía. Esta densidad de energía permanece constante independientemente del tamaño de BH y el contenido de energía; la temperatura impulsada por las partículas de una estrella BH formativa también permanece constante a medida que su tamaño, energía y entropía aumentan, luego de la transformación de un protoagujero negro en un BH. La energía adicional, después de la formación de BH, se une a la energía del límite de BH, en lugar de ingresar al interior de BH. No hay singularidad asociada con este concepto de un agujero negro "estructurado por radiación". Se agradecen los comentarios…RobertO