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

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

Imagine que un agujero negro de mil millones de masa solar (por lo que el horizonte de eventos es masivo y muy gravitacionalmente débil) está viajando a una velocidad de 0.9c a través del espacio intergaláctico plano vacío; ahora imagine un agujero negro idéntico de mil millones de masas solares viajando 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', normalmente solo se superpondrán por una fracción de nanosegundo como Estos dos cuerpos viajan a velocidades increíblemente rápidas y en direcciones opuestas entre sí.

Entonces, en primer lugar, ¿estoy en lo cierto al pensar que si dos horizontes de eventos se superponen, nunca podrán 'destrabarse'?

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

Y en tercer lugar, ¿cómo sería esto? ¿Los horizontes de eventos seguirían siendo bastante esféricos y la energía irradiada sería simplemente una locura o se estirarían y deformarían en una especie de horizonte de eventos elástico largo y delgado a medida que se disparan uno al otro y luego con el tiempo se desaceleran y vuelven a chocar entre sí?

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— Loadwick
fuente

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.

— PM 2 Timbre

Para darle más sabor a las cosas, digamos que ya están girando en el límite de Kerr en direcciones opuestas entre sí, de modo que cuando tocan es muy desordenado desde el punto de vista de la conservación del momento angular.

— Loadwick

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 ha dado. ;) Pero va a hacer un cálculo ya difícil aún más difícil. No hay 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 velocidad relativista requerirá un cálculo de números muy pesado solo para obtener una estimación vagamente confiable.

— PM 2 Timbre

Posible duplicado de agujeros negros

— eirikdaude

FWIW, hubo un hilo en xkcd hace un mes o dos relacionado con este tema: ¿Es posible escapar de un agujero negro usando otro agujero negro?

— PM 2 Anillo

Respuestas:

Ya tiene algunas buenas respuestas, pero trataré de proporcionar 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 entra 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 regresar por detrás del horizonte de eventos.
Ahora, imagine la misma mota de polvo, pero dentro de las partes superpuestas del 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 a 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.

— Mads Aggerholm
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Como laico navegando casualmente, ¡esta es una gran explicación intuitiva!

— Daniel B

Me gusta esta visualización, supongo que todavía es posible escapar usando el túnel cuántico. Pero en gran medida irrelevante, a menos que aprendamos a controlar el túnel cuántico para las instancias de viaje. De todos modos, estoy de acuerdo con usted y es por esta razón que creo que el EH se estiraría y deformaría como una banda elástica. No puede separarse pero tampoco puede detenerse instantáneamente.

— Loadwick

Este es más o menos el argumento en el artículo de Stephen Hawking.

— Steve Linton

Ni siquiera necesitas una mota de polvo. Cualquier partícula hará lo mismo, incluso una partícula virtual. Y siempre hay partículas virtuales.

— Loren Pechtel

Esto no se me ocurre como una explicación intuitiva; La lógica parece rigurosa e irrefutable. Inteligible! = Intuitivo ;-).

— Peter - Restablece a Monica el

Si los horizontes del evento 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 separarse de nuevo, pase lo que pase.

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

Una explicación intuitiva es que la velocidad de escape en el horizonte de eventos 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 agitar las 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. De cualquier forma que gire, está mirando el centro. De cualquier forma que te muevas, te mueves hacia el centro. Si los horizontes del evento se han fusionado, para que los agujeros negros se separen nuevamente, partes de ellos tendrían que moverse "lejos del centro" (o lejos de uno de los centros), lo que no es posible.

Todo lo anterior es tan "riguroso" como "explicando" 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 se pueden crear 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 no giratorio en un universo vacío). En realidad, cualquier cosa cerca de un BH deformará el horizonte de eventos, que se "extenderá" hacia esa masa. Si es una masa pequeña, el efecto es insignificante.

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

Ver esta respuesta:

¿Los agujeros negros son esféricos durante la fusión?

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

El agujero negro resultante después de la fusión tendrá mucho efecto, si la colisión no es perfectamente frontal. Cualquier energía que no pueda convertirse en espín, probablemente se irradiará como ondas gravitacionales (como ya han indicado otros en los comentarios a su pregunta).

— Florin Andrei
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Si los dos EH se tocan, los centros de los agujeros negros todavía 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, si van lo suficientemente rápido, ¿pueden escapar incluso después de que se fusionen los horizontes de eventos?

— Rob

@Rob El centro no tiene privilegios. Olvida el centro. Una vez que se ha creado el puente, para todos los efectos, es un agujero negro. No hay "superposición", su imagen está equivocada: las dos entidades ya se han fusionado, hay un horizonte de eventos único, no dos (vea la respuesta que he vinculado al final). Y no puede dividir fragmentos de un horizonte de eventos, sin importar lo que haga. Olvida el 0.999c, eso no es nada. La mayoría de las personas no se dan cuenta de cuán verdaderamente codificado es el espacio-tiempo dentro del horizonte de eventos. Realmente no hay salida, no es una forma de hablar.

— Florin Andrei

Supongo que lo que me resulta difícil conciliar en mi cabeza es que si la singularidad (suponiendo que todo el asunto se encuentre en un solo punto) no cruza otro horizonte de eventos, ¿por qué debería ser incapaz de 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 deletrearán la fatalidad 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

@Rob Parece que su modelo mental básicamente tiene la masa y el horizonte de eventos con ubicaciones en el espacio como los objetos normales. Así no es como es. Tanto la singularidad como el horizonte de eventos son aspectos del espacio-tiempo extremadamente curvo y su comportamiento solo puede entenderse, incluso aproximadamente, en ese espacio-tiempo curvo. Mire youtube.com/user/SXSCollaboration para ver algunas simulaciones que tienen esto en cuenta

— Steve Linton,

@Fax Las regiones en forma de huevo evitan que las cosas también se vayan. Cualquier cosa que se "mueva perpendicularmente" al "límite" entre los dos agujeros negros todavía necesita suficiente impulso para superar la gravedad combinada que lo empuja hacia el punto lagrangiano entre los dos agujeros negros (recuerde, debe luchar contra ambos, incluso si puede escapar si solo 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 se encuentra dentro del horizonte de eventos combinados y los agujeros negros se fusionan.

— Draco18s