¿Es el "horizonte de eventos" de un agujero negro potencialmente violable? Los agujeros negros se describen comúnmente como unidireccionales (la materia / energía entra, pero no sale), pero ¿el horizonte de eventos de un agujero negro es potencialmente deformable? Es decir, en el caso de dos agujeros negros que chocan (digamos), ¿no hay un punto en el que el campo gravitatorio efectivo entre los dos agujeros negros se "cancela", provocando así una posible "ruta de escape" para la luz que viaja perpendicularmente al eje en el que están los dos agujeros negros?
En un caso más complicado, considere dos agujeros negros de masa similar orbitando entre sí en una configuración estable; dado que ninguna materia o energía realmente pasa por el horizonte de eventos de un agujero negro, ¿sería el área entre los agujeros negros una zona potencial para el escape de energía? (Supongo que los efectos de arrastre de fotogramas son mínimos aquí). Y dado que los agujeros negros tendrían que girar a una velocidad muy alta para evitar colisionar, ¿no restringiría eso la emisión de energía a lo largo del eje de rotación?
Un poco de aclaración aquí; la pregunta principal aquí es si los vectores de fuerza gravitacional de los agujeros negros pueden o no cancelarse entre sí en un punto apropiado entre ellos. Si ese es el caso, entonces (en un sistema estático) se puede determinar fácilmente que hay un plano a través de ese punto perpendicular al eje a lo largo del cual existen los dos agujeros negros donde los vectores de fuerza gravitacional se reducen profundamente (no cero, por supuesto , excepto en el punto preciso donde las masas se equilibran perfectamente, pero reducidas significativamente en función de la inversa de la distancia a dicho eje).
En un sistema de dos agujeros negros (de nuevo estático), el material en órbita podría entrar en una órbita de "figura ocho"; gran parte de este material pasaría a través de este "punto nodal" (o muy cerca de él). Las altas velocidades y volúmenes del material indicarían un gran número de colisiones; alguna eyección resultante (de alta energía) de estas colisiones daría como resultado una cantidad (pequeña) de eyección que viaja a lo largo del plano de fuerza gravitatoria reducida. Ahora considere el caso (más dinámicamente estable) de agujeros negros en órbita estable; el plano de fuerza gravitatoria reducida está rotando (alrededor del eje de rotación de los agujeros negros); esto convierte el "plano de escape" (no solo un plano en su totalidad, ya que tiene una cantidad (pequeña) de grosor) en una línea (nuevamente, no solo una línea en su totalidad, sino un cono muy delgado).
El punto principal es que la cancelación de los vectores de fuerza crea efectivamente un "hoyuelo" en el horizonte de eventos de cada uno de los agujeros negros; es decir, la existencia de otro fuerte atractor gravitatorio en las proximidades deforma el horizonte de sucesos de un agujero negro.
La pregunta es, ¿hay algo que invalide este análisis? Como se mencionó anteriormente, el arrastre de marcos es una preocupación; ¿Hay algo más que sería una preocupación? (Sospecho que el problema del arrastre de fotogramas en realidad se resolvería mediante el arrastre de fotogramas forzado mutuo, es decir, los giros de los agujeros se "sincronizarían" debido al efecto de arrastre mutuo de fotogramas).
Si esto es una posibilidad, ¿no implica esto otro medio de "evaporación" de la masa del agujero negro además de la radiación de Hawking? (Y, de hecho, ¿no implicaría el tipo de "chorro polar" que se ha observado?)
Bueno, si estoy siendo pedante, tu pregunta se contradice a sí misma. La definición matemática de un agujero negro se determina rastreando los puntos que escapan al infinito en tiempos tardíos y luego tomando su límite; por lo tanto, el horizonte de eventos es PRECISAMENTE aquellos puntos que no pueden escapar al infinito. Pero esa es una respuesta aburrida que no te dice nada sobre física.
Una respuesta menos aburrida establece que hay un teorema muy fuerte que dice que el área de un agujero negro es necesariamente no decreciente (siempre que tenga materia ordinaria y no mecánica cuántica), y como corolario, puede probar que los generadores nulos * del agujero están destinados a sentarse en el horizonte del agujero negro para siempre o a caer en el agujero. No pueden escapar. Y dado que estos rayos de luz no pueden escapar, tampoco pueden las partículas ni los rayos penetrar más en el agujero.
*Los generadores nulos son los haces de luz que son el límite entre los rayos de luz salientes que pueden salir libremente del hueco fuera del horizonte, y los forzados a caer en él como dentro del horizonte. Simplemente flotan en el espacio, sin poder salir ni entrar.
La forma de un horizonte de agujero negro se comporta como un líquido viscoso. Se aplana en los polos cuando BH está girando, puede haber ondas en la superficie de un agujero negro cuando come algo y la energía de las ondas luego se irradia como ondas gravitacionales para que la superficie vuelva a ser suave.
Cuando algo cae sobre un BH, su diámetro aumenta, pero no simultáneamente en todas partes (el BH puede ser tan grande que incluso la luz tarda un poco en llegar al otro lado, al igual que las ondas gravitacionales). Cuando dos BH se acercan, también se distienden como dos gotas de líquido atrayente y luego se fusionan. La energía de las ondas superficiales se irradia nuevamente como rayos gravitacionales.
Más cerca de su pregunta, estar entre dos agujeros negros no ayudaría a escapar, todo lo contrario, las superficies de ambos BH se expanden en la dirección del otro, por lo que estaría en un problema aún mayor. Para escapar de entre dos BHs al infinito tendrías que luchar contra la gravitación de ambos.
En el caso de colisión de agujeros negros no existe una línea donde la fuerza gravitatoria actúa en sentido contrario y se anula: sólo un punto. Hay una línea donde la fuerza gravitatoria es de igual magnitud , pero los vectores de fuerza suman un valor distinto de cero. Así no hay vía de escape. Además, cuando los dos agujeros negros en colisión están tan cerca que el horizonte de eventos se superpone, se fusionarán en muy poco tiempo.
Esto también tiene relación con su segunda pregunta. En el caso de los agujeros negros en órbita, existen los puntos lagrangianos habituales de la órbita. En pocas palabras, si dos cuerpos muy masivos están en una órbita estable uno alrededor del otro, hay 5 puntos donde podría colocar objetos con una masa muy pequeña ( en comparación con los cuerpos en órbita) para que permanezcan allí en relación con los otros dos porque la atracción gravitacional de los dos "grandes" se cancela entre sí, junto con la órbita. Pero esto también significa que no hay ruta de escape: si el objeto sale del punto de Lagrange, comenzará a orbitar los dos cuerpos o probablemente caerá en uno de ellos en el caso de los agujeros negros. Estas órbitas tampoco son posibles dentro deel horizonte de eventos, entonces los agujeros negros simplemente se fusionarán.
Bueno, por definición , un horizonte de eventos es una superficie tal que cualquier evento en el interior no puede afectar a un observador externo. (Creo que lo escuché definido como el límite de una región en el espacio-tiempo excluida del pasado causal del infinito futuro nulo). Entonces, la respuesta simple a su pregunta debe ser no, el horizonte de eventos no puede ser "violado", de lo contrario en realidad no sería un horizonte de eventos.
Pero creo que estás llegando a algo interesante al considerar la "cancelación" de los campos gravitatorios entre dos agujeros negros. Supongo que la pregunta es, si tomas un agujero negro aislado y lo combinas con otro para formar un BH binario, ¿hay algún punto que esté dentro del horizonte de eventos del BH único que esté fuera del horizonte del binario? De eso no estoy seguro, al menos no sin hacer un análisis del espacio-tiempo alrededor de una colisión de agujeros negros (y no creo que ese sea un análisis que sepa cómo hacer en detalle). Además, tendría que definir algún procedimiento físicamente significativo para identificar puntos de espacio-tiempo alrededor del agujero negro original con puntos de espacio-tiempo alrededor del binario.
Sin embargo, sospecho que la respuesta a esto también es "no"; es decir, cada punto que está dentro del horizonte de eventos de un agujero negro no puede colocarse fuera de un horizonte de eventos mediante la adición de materia adicional.
Por supuesto, si tuviera dos agujeros negros en órbita con una región entre ellos que no estuviera dentro del horizonte de eventos, la energía (en forma de luz, por ejemplo) ciertamente debería poder escapar de esa región. Nuevamente, esto se deriva de la definición del horizonte de eventos: si la luz no tuviera forma de escapar, entonces la región estaría dentro del horizonte.
No estoy seguro de haber entendido sus preguntas correctamente, pero la región del agujero negro de un espacio-tiempo (fuertemente asintóticamente predecible*) es un subespacio topológico bien definido (el complemento del pasado causal del futuro infinito nulo). Tienes una foliación del espacio-tiempo por superficies de Cauchy, cada una correspondiente a un "instante de tiempo". Entonces, un agujero negro en el tiempo T es solo un componente conectado de la región del agujero negro, restringido a la superficie de Cauchy correspondiente, y su límite es el horizonte de eventos. Por tanto, está claro lo que significa estar dentro o fuera del agujero negro, y esas nociones son mutuamente excluyentes.
Ahora bien, clásicamente (es decir, en el contexto de la relatividad general) es imposible escapar del horizonte de sucesos por su propia definición; ninguna curva causal que comience dentro de ella puede llegar al infinito futuro nulo / temporal.
Usted preguntó si el horizonte de eventos se puede "deformar". No estoy seguro de lo que quieres decir, pero hay teoremas muy generales que restringen la forma en que los agujeros negros y los horizontes de eventos se comportan y evolucionan. Por ejemplo, el horizonte de eventos debe ser topológicamente de 2 esferas; Un agujero negro no puede bifurcarse en 2 agujeros negros diferentes, ni "evaporarse" (tenga en cuenta que la radiación de Hawking es un efecto cuántico, por lo que no pertenece a este contexto). Finalmente, el área del horizonte de eventos de todos los agujeros negros nunca disminuye con el tiempo. Estos son teoremas precisos de topología/geometría lorentziana que son ciertos en cualquier espacio-tiempo físicamente razonable. Por supuesto, no estoy afirmando que precisamente aquí hay hipótesis sobre las "condiciones de energía" y sobre el comportamiento asintótico del espacio-tiempo.
Puede ver todos estos resultados declarados y probados en Hawking, Ellis - La estructura a gran escala del espacio-tiempo.
*esta es una condición técnica para que la definición tenga sentido.
dmckee --- gatito ex-moderador
jonathan