¿Qué tan frío es un agujero negro?

El frío de un agujero negro depende de su masa, y los agujeros negros masivos son asintóticos, lo que significa que se acerca pero nunca llega a 0 K.

Pero primero, comencemos con la radiación de Hawking.


Radiación de Hawking

Los agujeros negros emiten radiación térmica llamada radiación de Hawking. Debido a las fluctuaciones cuánticas, los pares de partículas y antipartículas cuánticas aparecen y luego se aniquilan casi de inmediato, y cuando tales pares aparecen en el horizonte de eventos, existe la posibilidad de que una de las partículas emerja fuera del horizonte de eventos y escape, mientras que el otro queda atrapado. Como tal, el agujero negro se irradia y se evapora lentamente con el tiempo. Es esta radiación que a menudo se conoce como la temperatura del agujero negro.

Crédito de la imagen: Ethan Siegel.


Tasa de radiación

Mientras que el radio de un agujero negro es proporcional a su masa, la entropía de un agujero negro es proporcional al área de superficie (basada en M²), mientras que la temperatura (basada en 1 / M) es a la cuarta potencia. Como tal, el término de temperatura domina el término de área, y la salida es inversamente proporcional a M².

Aquí hay algunos ejemplos de masas de agujeros negros y sus radios, áreas de superficie y temperaturas correspondientes:

  • Masa del agujero negro: 3 M [matemáticas] _ {☉} [/ matemáticas]
    • Radio de Schwarzschild – 8,86 km
    • Superficie – 986.896 km²
    • Temperatura – 2.06 × 10 [matemática] ^ {- 8} [/ matemática] K
  • Masa del agujero negro: 100 M [matemática] _ {☉} [/ matemática]
    • Radio de Schwarzschild – 295,4 km
    • Área de superficie – 1.1 × 10 [matemática] ^ {6} [/ matemática] km²
    • Temperatura – 6.17 × 10 [matemática] ^ {- 10} [/ matemática] K
  • Masa del agujero negro: mil millones de M [matemáticas] _ {☉} [/ matemáticas]
    • Radio de Schwarzschild – 2.95 × 10 [matemáticas] ^ {9} [/ matemáticas] km
    • Área de superficie – 1.1 × 10 [matemática] ^ {20} [/ matemática] km²
    • Temperatura – 6.17 × 10 [matemática] ^ {- 17} [/ matemática] K

Temperatura

Como puede ver, a medida que aumenta la masa, el área de la superficie aumenta cuatro veces. Como tal, su poder se extiende sobre un área más grande, lo que efectivamente reduce la temperatura. En otras palabras, cuanto mayor es la masa de un agujero negro, menor es su temperatura.

Por el contrario, cuanto más masa pierde el agujero negro, más pequeña es su área de superficie y mayor es su poder por área determinada. En otras palabras, la tasa de radiación aumenta y la temperatura aumenta.

En la imagen de abajo puedes ver las temperaturas de los agujeros negros de diferentes masas. Como puede ver, cuanto más baja es su masa, más caliente se vuelve y mayor es su tasa de radiación.


Potencia y tasa de evaporación

A medida que el agujero negro pierde masa y su tasa de radiación aumenta, su tiempo de evaporación disminuirá efectivamente. La cantidad de tiempo que tarda un agujero negro en evaporarse depende de su masa y temperatura, y el agujero negro se vuelve cada vez más violento hacia el final.

Cuando al agujero negro solo le queda una masa de ballena azul, su temperatura será 5.6 × 10 [matemática] ^ {17} [/ matemática] K. En ese último segundo de su vida, la energía total de la radiación que emite serán aproximadamente 5 millones de megatones de TNT o, como muestra la imagen, 10,489 veces la potencia de salida del Sol. Como tal, los agujeros negros terminan en una violenta explosión.


Tiempo de evaporación

Dicho esto, la velocidad de evaporación de un agujero negro depende de la temperatura en el horizonte de eventos en comparación con la radiación cósmica de fondo de microondas, que es de 2.7 K. Pero un agujero negro con una masa lunar tendría una temperatura de aproximadamente 2.7 K, entonces Cualquier agujero negro con una masa mayor que la Luna tendrá una temperatura más baja que la radiación CMB, lo que significa que, en lugar de irradiar energía, el agujero negro adquiere más energía.

Es por este hecho que algunos argumentan que los agujeros negros masivos no comienzan a irradiarse hasta que la radiación CMB ha disminuido lo suficiente, y el agujero negro efectivamente tiene una temperatura más alta.


Temperaturas actuales del agujero negro

Pero tenga en cuenta que de acuerdo con el límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff, los agujeros negros astrofísicos se forman naturalmente con una masa de al menos 1.5–3 M [matemáticas] _ {☉} [/ matemáticas], con un tiempo de evaporación de 7.08 × 10 [matemáticas ] ^ {67} [/ matemáticas] –5.66 × 10 [matemáticas] ^ {68} [/ matemáticas] años. Este es un tiempo de evaporación de 5.1 × 10 [matemática] ^ {57} [/ matemática] –4.1 × 10 [matemática] ^ {58} [/ matemática] veces la edad del universo.

En otras palabras, independientemente de si los agujeros negros se están evaporando actualmente o no, les llevará un tiempo asombrosamente largo evaporarse. Y durante la mayor parte de ese tiempo, los agujeros negros se aproximan asintóticamente a 0 K.

Martin Silvertant escribió una respuesta perspicaz a esta pregunta.

Su acercamiento a la temperatura de un agujero negro es correcto. Un gran agujero negro se acerca a cero kelvin.

La visión actual de la entropía dentro de un agujero negro se ve obstaculizada por la ilusión de una singularidad. La razón subyacente de esta ilusión es doble:

  1. Los científicos de alguna manera intentan aceptar una ley empírica de la gravitación escrita por Sir Isaac Newton como válida para distancias cero.
  2. La ciencia actual ve el espacio y la materia como dos construcciones distintas.

Creé una teoría (The Hypergeometrical Universe Theory o HU) donde la materia está hecha de polímeros de un dilatador fundamental (FD).

Usando ese Dilatador Fundamental y la topología del Universo propuesta por HU, pude derivar las Leyes de la Naturaleza a partir de los primeros principios.

Una de las leyes de la naturaleza es esta ley de gravitación:

muestra que G era más fuerte en el pasado (vea [matemática] R_0 [/ matemática] que indica que G era inversamente proporcional al radio 4D del Universo).

Esto arrojó una llave inglesa sobre la regla del universo d (z). Esta función refleja la distancia de un objeto en función de su desplazamiento al rojo z.

Actualmente, d (z) se ajusta a un modelo estúpido llamado L-CDM. Los datos de d (z) provienen de velas estelares o explosiones de supernovas tipo 1A (SN1a). Se llaman velas estelares por una razón, se considera que tienen la misma luminosidad absoluta, sin importar dónde y cuándo estén.

HU notó que SN1a depende de G (y R_0) a través de sus Masas Chandrasekhar. Una vez que sepa esto, inmediatamente queda claro que podría haber una solución a las velocidades absurdas que los astrónomos creen que están viendo (46 mil millones de años luz de distancia SN1a en un universo que solo tiene 13.58 mil millones de años).

Bueno, HU corrige las distancias SN1a y deriva una simple d (z) (sin un solo parámetro) de la trigonometría. Esta es la sección transversal del Universo propuesto por HU. Cuando miras hacia el pasado, estás buscando hiperesferas más pequeñas. Aquí estás en la posición A, mirando una galaxia en la posición C cuando el universo tenía 8 mil millones de años.

Del triángulo OAC, usando la Ley de senos, se deriva:

Este HU d (z) predice perfectamente la posición del 650 SN1a en la Supernovae Survey Union 2.1

Puede ver el SN1a en la sección transversal del Universo Hiperesférico:

Los puntos rojos, que no se ajustan a los datos, son el camino consistente con la velocidad de la luz localmente igual a c TODO EL TIEMPO A LO LARGO DEL TRAYECTORIO.

Esto significa que la velocidad de la luz de un fotón antiguo cambiará a medida que se acerque a nosotros. Mi comprensión actual me dice que la velocidad de la luz es MÁS RÁPIDA que c para los fotones antiguos. Esto es consistente con sus longitudes de onda más largas.

################################################## #####

El punto que estoy señalando es que HU usó d (z) para crear un mapa del UNIVERSO ACTUAL:

Una vez que cortas este globo (mira perpendicularmente al espacio angular) puedes ver las huellas en la densidad de galaxias de las oscilaciones acústicas de neutronio (NAO) que tuvieron lugar durante los primeros 3012 años de la vida del Universo:

Estos datos están contenidos en el conjunto de datos SDSS BOSS. NO fue descubierto por los científicos del SDSS debido a su ideología. No inspeccionaron sus propios datos en busca de oscilaciones a lo largo de la dimensión DISTANCE. Oscilaciones a lo largo de la dimensión de distancia es lo que cabría esperar de una topología hipergeométrica.

Esta cifra desmiente:

  1. Relatividad general (muestra que el universo es un espacio-tiempo 5D)
  2. Big Bang (muestra que comenzamos con pequeñas oscilaciones y luego aumentaron, hasta un estimado de 36 Bangs).
  3. Desacredita la teoría de la inflación (esta es una extensión del análisis SN1a HU que desacreditó la teoría de la inflación).
  4. Desacredita Dark Energy y Dark Matter.

En vista de la teoría HU, queda claro que el Universo comenzó como un Blackholium KELVIN CERO (capa hipersférica de densidad del Agujero Negro).

A continuación se muestra la teoría del Big Pop y Many-Bangs:

Tenga en cuenta que solo el horizonte de eventos tiene temperatura debido a la radiación de Hawking. Los agujeros negros supermasivos, que son millones de veces más grandes que nuestro sol, miden alrededor de 1.4 x 10 ^ -14 grados Kelvin. Eso es casi cero absoluto, pero de acuerdo con el principio de incertidumbre de Heisenberg, el cero absoluto no es posible porque una molécula nunca puede estar quieta.

Frío o Caliente son términos relativos … algo es solo caliente o frío en relación con otra cosa. Por ejemplo, todo es cálido en comparación con el cero absoluto.

Cambiemos su pregunta a: ¿cuál es la temperatura de un agujero negro?

Esta sería la temperatura efectiva del cuerpo negro de la radiación que sale de ella … es decir, fuera de la región del espacio, justo a este lado del horizonte de eventos.

La temperatura exacta depende del agujero negro, no hay temperatura típica.

Pero puedes jugar con diferentes valores …

Calculadora de radiación Hawking

… Un agujero negro con una masa de 10 ^ 16 toneladas métricas sería casi tan caliente como la superficie del Sol! También tendría unos 300 angstroms (diámetros atómicos) de diámetro y duraría unos 8 segundos.

Un agujero negro de masa estelar tiene una temperatura del orden de nano-Kelvin … eso es más o menos lo más cálido que se espera que ocurran los agujeros negros naturales.

Eso mediría como cero en nuestros mejores termómetros.

Cuanto más grande es el agujero, más frío es. Las temperaturas pueden, en principio, acercarse arbitrariamente al cero absoluto.

Entonces, “¿Qué tan fríos son los agujeros negros?” … la respuesta es “muy muy muy frío”.

Depende de su tamaño.

Un agujero negro de 1 masa solar, que no esperamos que sea realmente de este tamaño, sería solo 0.0000000616871 Kelvin. 0 Kelvin igual a cero absoluto.

El agujero negro de masa más pequeño que creemos que puede existir es de aproximadamente 3 masas solares. Su temperatura sería 0.0000000205624, que es solo un tercio de la temperatura del primer agujero negro. O 0.00000300236288

Un agujero negro de 1 masa terrestre sería 0.0205451 K. Esto todavía está por debajo del 1% del espacio de temperatura de fondo.

Los agujeros negros que estamos detectando con LIGO, unas 30 masas solares, son 0.00000000205624K.

Sagitario A, el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia Milkyway, un agujero negro de 400 millones de masa solar, es 0.000000000000000154218K

La fórmula para la temperatura es

[matemáticas] T = \ frac {1} {M} \ frac {\ hbar c ^ {3}} {8k \ pi G} [/ matemáticas]

Puedes ver que es uno sobre la masa del objeto multiplicado por una constante. Una constante que se deriva de constantes fundamentales que incluyen la velocidad de la luz (c), pi (π), la constante gravitacional (G), la constante reducida de Planck hbar (ℏ), la gravedad superficial (k), que es una fórmula de [matemáticas] k = \ frac {1} {M} \ frac {c ^ {4}} {4G} [/ matemáticas]. Pero la fórmula que indiqué anteriormente para la temperatura normalmente tiene una M en el denominador de la segunda fracción, pero como M * 1 / M = 1, podemos tratar a k como [matemáticas] \ frac {c ^ {4}} {4G} [/ math] para el propósito de esa fórmula.

Hawking descubrió por primera vez que los agujeros negros tienen temperatura. La temperatura de un agujero negro es inversamente proporcional a su masa. Cuanto más grande es el agujero negro, más baja es su temperatura.

Pero se necesita un agujero negro realmente pequeño para obtener una temperatura que consideres cálida. Si la masa del Sol se comprimiera en un agujero negro, sería aproximadamente .0000001 grados por encima del cero absoluto. Para llegar a un agujero negro cuya temperatura era alrededor de la temperatura ambiente en la Tierra, estaría mirando un agujero negro con aproximadamente el medio por ciento de la masa de la Luna (¡sería de aproximadamente un micrómetro de ancho!)

La información física actual sobre el agujero negro se puede resumir de la siguiente manera:

1 vez es infinito

La 2-entropía es infinita, S = AC ^ 3/4 h / 2pi G, A es la superficie BH, C es la velocidad de la luz y G es la constante de Newton

Cambio de 3 energías dE = T dS

4-irradia calor con longitud de onda = el tamaño de BH

5-su temperatura es un combate T = 10 ^ -8 kelvin.

6-su radio del horizonte es R = 2GM / C ^ 2, donde M es la masa del agujero negro.

Entonces, lo que dijo Chase con una adición, la materia cercana sentirá una enorme fricción / calor debido a las fuerzas de marea gravitacionales. Por lo tanto, hace frío, pero usted o cualquier otra cosa cercana no lo será antes de convertirse en fideos.

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