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
- Si el tiempo dentro de un agujero negro se ralentiza infinitamente, ¿se evapora antes de llegar a la singularidad?
- Veo un observador que mira hacia afuera flotando hacia un agujero negro mirando el universo a un ritmo cada vez mayor a medida que se acerca al EVH. Esto debería continuar hasta que el agujero negro decaiga sin que el observador golpee el EVHR. Cuales son tus comentarios
- Bien, solo borra la pregunta. Lo has cambiado 4 veces y has cambiado completamente el significado, así que simplemente bórralo.
- Hasta ahora nadie se ha acercado a un agujero negro, entonces, ¿cómo pueden los científicos decir que hay una gran fuerza de atracción y que quien entre en él nunca volverá?
- ¿Podría nuestro universo visible estar en la salida de un agujero negro universal?
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.