Si dos horizontes de eventos de agujeros negros se superponen (se tocan), ¿pueden volver a separarse alguna vez?

Pregunta hipotética basada en mi entendimiento de que dos horizontes de eventos que se superponen (se tocan) no pueden volver a separarse nunca más:

Imagine un agujero negro de mil millones de masas solares (por lo que el horizonte de eventos es masivo y muy débil gravitacionalmente) viaja a una velocidad de 0.9c a través del espacio intergaláctico plano vacío; ahora imagine un agujero negro idéntico de 1 billón de masa solar que viaja a 0.9c pero exactamente en la dirección opuesta, por lo que los dos se dirigen aproximadamente uno hacia el otro. Los caminos de los agujeros negros, una vez que se tiene en cuenta toda la deformación del espacio-tiempo, no están en una colisión directa, pero los bordes más externos de los horizontes de eventos simplemente se 'recortarán' entre sí, normalmente solo se superpondrán durante una fracción de nanosegundo como estos dos cuerpos viajan a velocidades increíblemente rápidas y en direcciones opuestas entre sí.

Entonces, en primer lugar, ¿tengo razón al pensar que si dos horizontes de sucesos se superponen, nunca podrán "dessuperponerse"?

En segundo lugar, ¿qué pasaría con esta increíble cantidad de impulso de cada uno de los agujeros negros? ¿Se convertiría instantáneamente en energía gravitacional? Teniendo en cuenta que cuando los agujeros negros normalmente se fusionan, sucede muy lentamente a medida que los agujeros negros se acercan cada vez más durante millones de años y emiten energía gravitacional mientras sucede, por lo que no en una fracción de nanosegundo como en este caso.

Y en tercer lugar, ¿cómo sería esto? ¿Seguirían siendo los horizontes de eventos bastante esféricos y la energía radiada simplemente insana o se estirarían y deformarían en una especie de horizonte de eventos elástico largo y delgado a medida que se cruzan y luego, con el tiempo, se ralentizan y vuelven a juntarse?

FWIW, si se dirigieran exactamente el uno hacia el otro, su velocidad relativa sería 180c/181, aproximadamente .9945c. Según vttoth.com/CMS/physics-notes/311-hawking-radiation-calculator , su radio EH es de aproximadamente 9853 segundos luz. Y no olvide que también tienen un gran momento angular relativo.
Para animar aún más las cosas, digamos que ya están girando en el límite de Kerr en direcciones opuestas entre sí, por lo que cuando se tocan es muy complicado desde el punto de vista de la conservación del momento angular.
Bueno, los SMBH tienden a girar bastante cerca del límite de todos modos, por lo que no es poco realista, a diferencia de la velocidad relativa que les has dado. ;) Pero va a hacer que un cálculo ya difícil sea aún más difícil. No existe una solución analítica para el problema general de 2 cuerpos en GR, por lo que debe recurrir a métodos numéricos, y tratar de manejar un par de SMBH a una velocidad relativista requerirá un cálculo numérico muy pesado solo para obtener una estimación que sea vagamente confiable.
Pero sí, deberían fusionarse, AFAIK, irradiando una cantidad aterradora de KE en ondas gravitacionales. No pueden mantenerlo porque tienen que perder el momento angular de alguna manera.
FWIW, hubo un hilo en xkcd hace uno o dos meses relacionado con este tema: ¿ Es posible escapar de un agujero negro usando otro agujero negro?
Extraño, hice más o menos la misma pregunta sobre física y fui rechazado.

Respuestas (2)

Ya obtuvo algunas buenas respuestas, pero intentaré brindar una solución más intuitiva sobre por qué los horizontes de eventos nunca se separarán nuevamente si se superponen: primero,
imagine una mota de polvo que viene dentro del EH de un agujero negro . Creo que estaremos de acuerdo en que esta mota nunca puede escapar del agujero negro, porque nada puede volver desde detrás del horizonte de sucesos.
Ahora, imagine la misma mota de polvo, pero dentro de las partes superpuestas de la EH de dos agujeros negros que se cruzan. Esta mota de polvo nunca escapará de ninguno de esos dos agujeros negros, porque está dentro del EH de ambos. Si estos agujeros negros pudieran separarse nuevamente, la mota atrapada entre ellos obviamente escaparía al menos de uno de los agujeros negros, después de estar detrás de su horizonte de eventos.
Como esto no puede suceder, los dos agujeros negros se unirán desde el punto en que sus horizontes de eventos se superponen, sin importar su velocidad.

Como un profano navegando casualmente, ¡esta es una gran explicación intuitiva!
Me gusta esta visualización, supongo que todavía es posible escapar usando túneles cuánticos. Pero en gran medida irrelevante a menos que aprendamos a controlar los túneles cuánticos para el viaje de las instancias. De todos modos, estoy de acuerdo contigo y es por eso que creo que el EH se estiraría y deformaría como una banda elástica. No puede separarse pero tampoco puede detenerse instantáneamente.
Este es más o menos el argumento del artículo de Stephen Hawking.
Ni siquiera necesitas una mota de polvo. Cualquier partícula hará lo mismo, incluso una partícula virtual. Y siempre hay partículas virtuales.
@Loren Pechtel, la mota de polvo fue solo un ejemplo. No es necesario que haya nada en absoluto, no es la presencia de materia eventual lo que mantiene unidos los horizontes de sucesos de los agujeros negros. Los horizontes de eventos no 'saben' si hay materia dentro de ellos o no: SI hay una mota de polvo dentro de ambos EH, entonces es obvio por qué no pueden separarse de nuevo. Por lo tanto, con o sin polvo, los horizontes de sucesos que se superponen nunca pueden volver a separarse.
Esto no se me ocurre como una explicación intuitiva; la lógica parece rigurosa e irrefutable. ¡Inteligible != intuitivo ;-).
Este es un argumento fantástico que recuerda a las demostraciones de la teoría de conjuntos. Spec "X" es miembro de ambos conjuntos de agujeros negros oscuros. Rad, amigo.
No existe tal cosa como "las partes superpuestas del EH de dos agujeros negros". Hay un horizonte de eventos para todo el sistema. Todo este argumento parece tener sus raíces en una imagen completamente incorrecta de los agujeros negros como esferas de campo de fuerza en un espacio de fondo euclidiano.

Si los horizontes de sucesos alguna vez se tocan y se convierten en una superficie continua, su destino está sellado: los dos agujeros negros se fusionarán por completo. Nunca podrán volver a separarse, pase lo que pase.

Hay varias formas posibles de explicarlo, con diversos grados de rigurosidad.

Una explicación intuitiva es que la velocidad de escape en el horizonte de sucesos es igual a la velocidad de la luz. Pero nada puede moverse tan rápido como la luz, ni siquiera un agujero negro. Para que los dos agujeros negros se separen, partes de uno tendrían que "escapar" del otro, o moverse más rápido que la luz, lo cual es imposible.

EDITAR : otra "explicación" intuitiva (también conocida como mucho movimiento de manos): dentro del horizonte de eventos, todas las trayectorias conducen al centro. No hay camino posible desde ningún lugar dentro del horizonte hacia el exterior. Mires hacia donde mires, estás mirando al centro. De cualquier manera que te muevas, te mueves hacia el centro. Si los horizontes de eventos se han fusionado, para que los agujeros negros se dividan nuevamente, partes de ellos tendrían que alejarse del centro (o alejarse de uno de los centros), lo cual no es posible.

Todo lo anterior es tan "riguroso" como "explicar" la relatividad general con bolas de acero sobre una lámina de goma. Es solo una metáfora.

Más rigurosamente, vea este artículo de Stephen Hawking:

Agujeros negros en relatividad general

A medida que aumenta el tiempo, los agujeros negros pueden fusionarse y pueden crearse nuevos agujeros negros al colapsar más cuerpos, pero un agujero negro nunca puede bifurcarse. (página 156)

EDITAR : los horizontes de eventos en realidad no "simplemente se cortan entre sí". Los horizontes de eventos perfectamente esféricos son una abstracción teórica (un agujero negro que no gira en un universo vacío). En realidad, cualquier cosa cercana a un BH deformará el horizonte de sucesos, que "se extenderá" hacia esa masa. Si es una masa pequeña, el efecto es insignificante.

Pero si dos agujeros negros se acercan, los EH adquieren forma de huevo, como si trataran de tocarse. Si están lo suficientemente cerca, eventualmente se formará un puente muy estrecho en el medio y los EH se fusionarán. En ese momento se decreta la fusión total y se procederá con absoluta certeza hasta su completa realización. Nada puede detenerlo.

Ver esta respuesta:

¿Los agujeros negros son esféricos durante la fusión?

¿Qué pasaría con esta increíble cantidad de impulso de cada uno de los agujeros negros?

El agujero negro resultante después de la fusión va a tener muchísimo giro, si la colisión no es perfectamente frontal. Cualquier energía que no se pueda meter en el giro, probablemente se irradiará como ondas gravitacionales (como otros ya han indicado en los comentarios a su pregunta).

Si los dos EH se tocan, los centros de los agujeros negros aún no están dentro del horizonte de eventos del otro. Dependiendo de su tamaño, los centros pueden estar bastante lejos del horizonte de eventos del otro... así que seguramente si van lo suficientemente rápido, ¿pueden escapar incluso después de que los horizontes de eventos se fusionen?
Por ejemplo, en esta imagen: i.stack.imgur.com/Kgkhy.png - Si cada agujero negro viajara a 0.999c en direcciones opuestas, ¿seguramente los centros aquí podrían escapar del otro horizonte de eventos? Y como pregunta adicional: en la región superpuesta, ¿no habría un área que no fuera parte de ninguno de los dos horizontes de eventos, debido a que los campos gravitatorios de ambos agujeros negros se 'cancelaron'?
@Rob El centro no es privilegiado. Olvídate del centro. Una vez que se ha creado el puente, para todos los efectos, es un agujero negro. No hay "superposición", su imagen es incorrecta: las dos entidades ya se han fusionado, hay un solo horizonte de eventos, no dos (vea la respuesta que he vinculado al final). Y no puede dividir partes de un horizonte de eventos, sin importar lo que haga. Olvida el 0.999c, eso no es nada. La mayoría de la gente no se da cuenta de lo verdaderamente revuelto que está el espacio-tiempo dentro del horizonte de sucesos. Realmente no hay salida, no es una forma de hablar.
Supongo que lo que me resulta difícil de conciliar en mi cabeza es que si la singularidad (suponiendo que todo el asunto esté ubicado en un solo punto) no cruza otro horizonte de eventos, ¿por qué no debería poder escapar? Entiendo que los horizontes de eventos se fusionan, sin embargo, si pensamos en las dos singularidades (¿seguramente no se fusionan instantáneamente?) que tienen su propio radio de schwarzschild, ¿por qué sus intersecciones deberían significar la perdición de sus respectivas singularidades? Si un sol cruzara parcialmente un horizonte de eventos, me imagino que solo la parte del sol que cruzó el horizonte de eventos quedaría atrapada para siempre.
@Rob Parece que su modelo mental básicamente tiene la masa y el horizonte de eventos con ubicaciones en el espacio al igual que los objetos normales. No es así. Tanto la singularidad como el horizonte de sucesos son aspectos de un espacio-tiempo extremadamente curvo y su comportamiento sólo puede entenderse, aunque sea aproximadamente, en ese espacio-tiempo curvo. Mire youtube.com/user/SXSCollaboration para ver algunas simulaciones que toman esto en cuenta.
Interesante. Los horizontes de eventos en forma de huevo son bastante poco intuitivos. Habría pensado que el espacio en el medio entre dos atractores igualmente poderosos permitiría que cualquier materia que viajara perpendicularmente escapara con facilidad, es decir, los horizontes de sucesos se repelerían entre sí y se aplastarían. ¿Por qué ocurre lo contrario?
No entiendo esa respuesta. Si dos horizontes de eventos se tocan, no hay nada que atrapar allí. Son fronteras demasiado virtuales que se cruzan. Pensé que lo único que cuenta es si una de las materias del agujero negro está en el EH del otro agujero negro. Así: i.imgur.com/Zsj3two.png
@Fax images.vice.com/motherboard/content-images/article/no-id/… da una pequeña idea. Cada agujero negro es una región de muy bajo potencial gravitacional. Su efecto combinado hace que el potencial sea bajo en la región entre ellos.
@Rob Aumentar la velocidad relativa de los BH no los ayuda a escapar entre sí. De hecho, tiene el efecto opuesto. La fuente del campo gravitatorio en las ecuaciones de campo de Einstein de GR es el tensor de esfuerzo-energía-momento . Entonces, la KE y el impulso adicionales aumentan la gravedad en la región donde se encuentran los BH.
@Guimoute Los agujeros negros no están llenos de materia como lo muestra su diagrama. GR dice que cualquier materia dentro del EH (horizonte de eventos) debe caer rápidamente al centro del BH, y una vez que cruza el EH, se desconecta causalmente del universo exterior. (No sabemos exactamente qué sucede en el núcleo mismo de un BH, necesitamos una teoría adecuada de la gravedad cuántica para eso). Entonces solo necesitamos considerar el campo gravitatorio fuera del EH. Consulte ¿Cómo sale la gravedad de un agujero negro?
@Fax Las regiones en forma de huevo también evitan que las cosas se vayan. Cualquier cosa que se "mueva perpendicularmente" al "límite" entre los dos agujeros negros aún necesita suficiente impulso para superar la gravedad combinada que lo empuja hacia el punto de Lagrange entre los dos agujeros negros (recuerde, debe luchar contra ambos, incluso si pudiera escapar si sólo hubiera uno de ellos). Si la velocidad de escape en el punto de Lagrange excede la velocidad de la luz, entonces el punto de Lagrange está, en sí mismo, dentro del horizonte de eventos combinado y los agujeros negros se fusionan.
@ Draco18s ¿Significa eso que, en teoría, algo que se mueve en esa dirección exacta (sería prácticamente imposible, porque el centro de masa de los dos agujeros negros no está estacionario) se convertiría en un tercer agujero negro en el centro de masa de los dos agujeros negros? agujeros, causando finalmente que tres agujeros negros se fusionen al mismo tiempo?
@Paulpro No, ese es el punto donde el "puente" entre las dos protuberancias en forma de huevo de los dos agujeros negros originales se tocan y combinan sus horizontes de eventos y se convierten en "un" agujero negro.
@Draco18s y SteveLinton: muchas gracias a ambos. ¡La explicación sobre el punto de lagrange entre los agujeros y la imagen finalmente hizo este 'clic' para mí!
@PM2Ring rápidamente? Según, quién, específicamente dónde. :PAG
@Aron De acuerdo con el momento adecuado del asunto que cae. Es decir, si hay un reloj indestructible dentro del EH, no tardará mucho en llegar al centro del BH.
Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat .
@Rob Otra forma de ver el problema de la fusión: en un mundo simplista, el espacio capturado está completamente vacío, pero en el mundo real es seguro que contiene partículas (si no cae nada, todavía tienes partículas virtuales). Imagina una partícula en el zona de superposición. Es parte de A y nunca se puede quitar. También es parte de B y nunca se puede quitar. Tienes un ejemplo del mundo real de un objeto infinitamente fuerte, incluso un tirón que hace que la Estrella de la Muerte parezca una vela no puede romperla.
@LorenPechtel Esa es una explicación realmente fascinante : básicamente, incluso una sola partícula virtual atrapada en la superposición de dos horizontes de eventos sería suficiente como un punto fijo para "atar" ambos agujeros negros y unirlos irrevocablemente. No es la interacción de algo que normalmente pensaríamos como "real" (materia, energía, etc.), sino más bien que ambos agujeros se enganchan en el mismo espacio-tiempo superpuesto.
@Michael No se necesita ninguna partícula para que se complete la fusión una vez que ha comenzado. Todos los anteriores son solo modelos intuitivos.
¿Puedes explicar cómo figura la evaporación en esto? Si los agujeros negros se están reduciendo, y los pequeños se reducen rápidamente, ¿no podrían separarse? Las partículas atrapadas en ambos serían destruidas o irían a donde sea que todo lo demás en un agujero negro vaya cuando se evapore.
Los detalles más claros sobre por qué tocar los EH fusionan ambos agujeros negros en un solo agujero negro pueden ayudar a que esta respuesta sea más fácil de entender. - IE, ¿por qué se considera un solo EH tan pronto como se deforman lo suficiente como para 'tocarse', en lugar de un EH donde todo va a Blackhole A, EH donde todo va a BH-B y una 'zona superpuesta' de ambos EH? donde "probablemente sucedan cosas extremadamente extrañas..." | Puede surgir confusión al pensar como "EH es 'un área del espacio', y los agujeros negros pueden encogerse, lo que sugiere que el espacio puede 'escapar' de un agujero negro, entonces, ¿por qué un EH no puede 'escapar' de otro EH?"
@TheLuckless Una clase de relatividad a nivel universitario proporcionaría las respuestas definitivas a todas esas preguntas y más. Y esas serían respuestas verdaderas, no metáforas de ciencia pop.
Si dos horizontes de eventos de agujeros negros se superponen (se tocan), ¿pueden volver a separarse alguna vez?
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