¿Cuál es la validez de los objetos que colapsan eternamente como una explicación alternativa para los agujeros negros?

El comentario de que los agujeros negros (BH) y los objetos que colapsan eternamente (ECO) son lo mismo, porque un observador distante nunca ve la formación de una formación exacta de BH ([matemática] T = \ infty [/ matemática]) es completamente errónea y engañosa . Los BH se consideran objetos físicos estáticos porque, según la comprensión popular, el observador comoving descubre que se forma un BH en el tiempo FINITO. La única solución exacta para la formación de BH es el colapso de Oppenheimer-Snyder (OS) de una densidad uniforme de POLVO SIN PRESIÓN. Según esto, todo el polvo colapsa en una singularidad puntual en un tiempo finito como el adecuado: [matemática] \ tau \ propto M ^ {- 1/2} [/ matemática], donde M es la masa gravitacional de la nube de polvo. Y el límite imaginario de BH, a saber, Event Horizon (EH), por supuesto, se formó anteriormente en una tau más pequeña. Y el concepto de Estrella congelada se forma al ignorar la imagen comoving y al confiar únicamente en la vista del observador distante ([math] T = \ infty [/ math]).

En contraste, en el paradigma ECO, incluso el observador comoving NUNCA ve la formación de un EH exacto. En cambio, solo ve la formación de un ECO. Para apreciar esto, recuerde que EH se caracteriza por la captura absoluta de luz y radiación por un campo gravitacional fuerte, y esto se deduce del hecho de que la superficie Gravitational Redshift del EH, [math] z = \ infty [/ math]. En contraste, una superficie ECO tiene z >>> 1, pero menor que infinito, es decir, finita.

A diferencia de una solución BH ESTÁTICA, un ECO es un objeto cuasiestático que, sin embargo, emite radiación ya que no tiene EH. La luminosidad observada L (infty) del ECO es insignificante, menor en un factor de [matemática] (1 + z) ^ {- 2} [/ matemática] debido al efecto de desplazamiento al rojo gravitacional y dilatación del tiempo. Entonces, para un observador distante, un ECO se ve casi como un verdadero BH que tiene [matemática] L ^ \ infty = 0 [/ matemática]. A medida que el ECO irradia, se reduce infinitamente a medida que la vida útil del ECO es

[matemáticas] t_ {ECO} \ sim 5 × 10 ^ 8 (1 + z) [/ matemáticas] año. (1)

Ref: La radiación apoyada por estrellas en la gravedad de Einstein: objetos que se derrumban eternamente, Mitra, A., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volumen 369, Número 1, pp. 492-496 (2006).

Acceso libre: estrellas con presión de radiación en la gravedad de Einstein: objetos que colapsan eternamente | Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society | Oxford Academic

A medida que un ECO se reduce, su z aumenta y se esfuerza por alcanzar la etapa BH exacta que tiene [math] z = \ infty [/ math]. Como se ve en la ecuación (1), en este momento [math t_ {ECO} \ to \ infty [/ math], nunca se alcanza un estado BH exacto, y el colapso continuo de GR se vuelve eterno, por lo tanto, ECO. A medida que cualquier estrella se contrae, su gravedad aumenta, por lo que aumenta el radio adecuado (l> R). A medida que un ECO continúa contrayéndose, [math] l \ to \ infty [/ math] si R → 0! Algunos cálculos tentativos muestran que esto es realmente posible ya que el factor que conecta la distancia radial adecuada (dl) con el incremento / decremento del radio exterior (dR) explota hacia la formación de singularidad para evitar la singularidad.

Como es bien sabido, un Schwarzschild BH es VACÍO, excepto por la Singularidad central del punto. Su límite, EH, también es una superficie imaginaria en el vacío. En contraste, un ECO es una bola de materia ultracompacta pero no singular. Y esta materia es plasma ultracaliente (materia completamente ionizada). La temperatura local de un ECO es

[matemáticas] T (ECO) \ sim 600 (M / Msolar) ^ {- 1/2} [/ matemáticas] MeV (2)

nota 1 eV = 11600 Kelvin

Por lo tanto, los ECO de masa estelar están tan calientes que incluso los neutrones y los protones se derriten para formar un Quark Gluon Plasma (QGP).

Un púlsar puede tener un campo magnético intrínseco B ~ 10 ^ {12} Gauss porque no tiene EH y es plasma ultracompacto. Como una masa estelar ECO es mucho más compacta que un púlsar, puede tener un campo magnético local de 10 ^ {16} Gauss, aunque la B observada a distancia será menor en un factor de (1 + z). Entonces, los ECO astrofísicos son ECO magnetosféricos (MECO). En contraste, un BH sin carga NO PUEDE POSEER NINGÚN CAMPO MAGNÉTICO INTRÍNSICO. Pero la mayor parte del fenómeno de Astrofísica de Alta Energía requiere que el objeto compacto tenga una fuerte intrínseca B. Es aquí donde los MECO SON SUPERIORES A LOS BH PARA EXPLICAR LAS OBSERVACIONES ASTROFÍSICAS.

Por supuesto, un BH astrofísico puede tener un disco de acreción a su alrededor. Pero el campo magnético asociado con el disco es demasiado débil para explicar las observaciones, y el paradigma BH necesita varias renuncias manuales o supuestos no físicos para explicar las observaciones. Una de esas suposiciones no físicas es que el VACUUM EH de alguna manera se comporta como una esfera conductora. Por otro lado, en el paradigma MECO, la existencia de B fuerte alrededor de los llamados BH es natural. Hay muchas pruebas indirectas de que los BH astrofísicos son en realidad MECO:

Evidencia de momentos magnéticos intrínsecos en los candidatos a agujeros negros, Stanley L. Robertson y Darryl J. Leiter, Astrophysical Journal, Volumen 565, Número 1, pp. 447-454 (2002) http://iopscience.iop.org/articl…

Sobre los momentos magnéticos intrínsecos en los candidatos a agujeros negros, Robertson, Stanley L .; Leiter, Darryl J, Astrophysical Journal, Volumen 596, Número 2, pp. L203-L206 (2003), http://iopscience.iop.org/articl…

Sobre el origen de la correlación universal de luminosidad de rayos X en los candidatos a agujeros negros, Robertson, Stanley L .; Leiter, Darryl J., Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society, Volumen 350, Número 4, pp. 1391-1396 (2004), https://academic.oup.com/mnras/a…

Y mucha más evidencia directa llegó en 2006 cuando se afirmó que el llamado BH en el famoso Quasar Q0957 + 561 es un MECO ya que tiene un dipolo de púlsar como el Campo magnético INTRÍNSECO:

Observaciones que respaldan la existencia de un momento magnético intrínseco dentro del objeto compacto central dentro del Quasar Q0957 + 561, Schild, Rudolph E .; Leiter, Darryl J .; Robertson, Stanley L., Astronomical Journal, Volumen 132, Número 1, pp. 420-432 (2006). http://iopscience.iop.org/articl…

Desde entonces, se ha descubierto que la mayoría de los otros cuásares albergan estructuras magnéticas intrínsecas similares, lo que implica que contienen MECO y no BH menos verdaderos de campo magnético:

Observaciones directas de reverberación por microlente de la estructura magnética intrínseca de los núcleos galácticos activos en diferentes estados espectrales: un cuento de dos cuásares, Schild, Rudolph E .; Leiter, Darryl J .; Robertson, Stanley L. Astronomical Journal, 135, págs. 947-956 (2008), http://iopscience.iop.org/articl…

Descubrimiento de estructuras de flujo de salida universales por encima y por debajo del plano del disco de acreción en quásares silenciosos, Lovegrove, Justin; Schild, Rudolph E .; Leiter, Darryl, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society, Volumen 412, Número 4, págs. 2631-2640 (2011), Descubrimiento de estructuras de salida universal por encima y por debajo del plano del disco de acreción en los cuásares de radio silencioso | Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society | Oxford Academic

Eddington Luminosity de la radiación interna mantiene un ECO contra su gravedad. Se ha demostrado que durante la continua contracción gravitacional, la radiación y el calor generados dentro de la estrella masiva no solo deben quedar atrapados por la fuerte gravedad, sino también alcanzar la luminosidad de Eddington. Por lo tanto, para el colapso continuo, la formación de ECO es un resultado genérico inevitable de GR y astrofísico 1. Atrapamiento gravitacional de la radiación a medida que la estrella colapsa debajo de su esfera de fotones (z = sqrt {3} -1), 2. Logro de la luminosidad de Eddington:

Referencias

¿Por qué la contracción gravitacional debe ir acompañada de la emisión de radiación en la gravedad de Newton y Einstein, Mitra, Abhas, Physical Review D, vol. 74, Número 2, id. 024010 (2006) ¿Por qué la contracción gravitacional debe ir acompañada de la emisión de radiación en la gravedad de Newton y Einstein?

Una relación genérica entre las densidades de energía bariónica y radiativa de las estrellas, Mitra, A., Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society: Letters, Volume 367, Issue 1, pp. L66-L68 (2006) https://academic.oup.com / mnrasl / …

La presión de radiación apoyó a las estrellas en la gravedad de Einstein: objetos que colapsan eternamente, Mitra, A., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volumen 369, Número 1, pp. 492-496. La presión de radiación apoyó a las estrellas en la gravedad de Einstein: objetos que colapsan eternamente | Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society | Oxford Academic

Fuentes de energía estelar, escala de tiempo de Einstein Eddington de contracción gravitacional y objetos que colapsan eternamente, Mitra, A., Nueva Astronomía, Volumen 12, Número 2, p. 146-160. (2006) Redireccionamiento

Probable formación de estrellas de presión de radiación relativista general u “objetos que colapsan eternamente”, Mitra, Abhas; Glendenning, Norman K., Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society: Letters, Volume 404, Issue 1, pp. L50-L54 (2010). Probable formación de estrellas de presión de radiación relativista general u ‘objetos que colapsan eternamente’ | Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society: cartas | Oxford Academic

Por lo tanto, los comentarios de que los ECO son los mismos que “Frozen Stars” y que no son buenos para las observaciones astrofísicas se basaron en la ignorancia total sobre el tema que se ha investigado desde 2000 y para el que existen casi 25 artículos revisados por pares.

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No está claro exactamente lo que el OP tiene en mente, pero “colapso eterno” o “contracción gravitacional continua” no es una explicación alternativa para los agujeros negros. Es cómo se forman los agujeros negros.

La parte difícil de entender sobre los agujeros negros es que la relatividad se vuelve extrema. En circunstancias cotidianas, la teoría de la relatividad produce pequeñas desviaciones de la física newtoniana. Pero el horizonte de eventos de un agujero negro no es una circunstancia cotidiana. Es tan extremo como se pone.

Entonces toma una esfera de polvo que se derrumba. Escriba sus ecuaciones de movimiento en el marco de referencia de un observador externo. Tienes colapso eterno. ¿Por qué? Porque a medida que las partículas de polvo se acercan al horizonte de eventos, el observador externo ve una dilatación del tiempo creciente y divergente. El momento en que una partícula de polvo realmente golpea el horizonte (de hecho, el momento en que se forma el horizonte) permanece para siempre en el futuro de este observador. Para este observador, el colapso es realmente eterno, porque parece ralentizarse, congelarse incluso, sin formar ese horizonte.

Pero si observa el mismo proceso en el marco de referencia de la partícula de polvo, golpea el horizonte rápidamente. Y cuando lo hace, continúa, hasta que su línea mundial termina en la singularidad, junto con las líneas mundiales de todas las demás partículas de polvo. Para estas partículas, el horizonte es real (una vez cruzado, no puede cruzarse nuevamente, incluso si esa partícula de polvo tiene el motor de cohete más grande del universo con combustible ilimitado en un intento de dar la vuelta; el problema es que para esa partícula, el el horizonte ya no es un lugar al que regresar, sino un momento en el tiempo pasado.) Y la singularidad también es real: no importa lo que haga la partícula, experimenta una fuerza de marea divergente que finalmente destruye todo antes de que la existencia de la partícula termine en el singularidad.

En resumen, el colapso gravitacional continuo y los agujeros negros son la misma cosa.

Viktor T. Toth

Como ha señalado Viktor Toth, esta no es una explicación alternativa. Eso se debe a que no es una alternativa ni una explicación.

No es alternativa porque esta es exactamente la vista estándar de los agujeros negros. De hecho, originalmente, lo que ahora llamamos ‘agujeros negros’ se llamaron ‘estrellas congeladas’, y se consideraron bastante aburridas porque realmente no se podía decir mucho sobre una estrella que colapsó hasta el punto en que la dilatación del tiempo gravitacional solo hizo que se desvaneciera debido al cambio rojo y congelar en el tiempo.

PERO … la relatividad se llama así por una razón. Hay diferentes marcos que pueden describir cosas, y todos son reales.

En el resto de esta respuesta, hablaré sobre observadores, pero lo mismo se aplica a la superficie de la estrella que se derrumba o cualquier otra cosa que “caiga” en un agujero negro.

Bien, ahora supongamos que estoy cayendo hacia el horizonte de eventos de un agujero negro. Claro, USTED parado a un lado me ve disminuir la velocidad cada vez más (desaparecer y congelar) a medida que me acerco al horizonte de eventos. Ves ese horizonte como haber hecho lo mismo. Pero esto no es lo que * veo *. Me veo caer más allá de ese horizonte sin problemas y en un tiempo demasiado finito. Si el agujero negro fuera lo suficientemente grande como para que el campo fuera pequeño, ni siquiera me daría cuenta de que había cruzado el horizonte; no es nada “especial” de cerca.

Aquí están las dos cosas importantes que esto nos dice:

Alguien cayendo en el agujero negro y alguien a un lado (o manteniendo la posición sobre él, por ejemplo) VER COSAS DIFERENTES.
Ambas formas de ver el agujero negro son IGUALMENTE REALES.

Sospecho que cuando dices ‘explicación alternativa’ tienes en mente alguna idea de que estas dos descripciones son o / o. Pero no lo son … ¡son ambos / y! Esto es lo realmente difícil de aceptar: que dos cosas pueden parecer diferentes y, sin embargo, ambas son ciertas. Nos hemos acostumbrado a esto hasta cierto punto en otros contextos (me veo a mí mismo como quieto y el camino yendo hacia atrás, pero alguien parado en el camino ve el camino como quieto y mi auto hacia adelante). Es posible que nos hayamos acostumbrado a esto al menos parcialmente en contextos menos familiares o menos extraños (veo un campo puramente eléctrico, pero ves una combinación de campos eléctricos y magnéticos; veo el reloj en tu nave espacial como lento, pero ves el reloj en mi nave espacial como lento). Pero cuando se trata de cosas como esta, es mucho más difícil aceptar que estas son perspectivas diferentes de la misma cosa.

Lo que creo que la gente necesita entender sobre los agujeros negros es que de alguna manera importante NO HAY DENTRO de un agujero negro … o más bien, el interior del horizonte de eventos no es parte de nuestro universo. Cuando un objeto cae hacia un agujero negro, su energía se convierte en parte del campo gravitacional del agujero negro, y en última instancia, el agujero negro está hecho completamente de su propio campo gravitacional. Cuando la energía ’emerge’ de un agujero negro, debido a la radiación de halcones o cuando se fusionan dos agujeros negros y la masa resultante es mucho menor que la masa total de los dos agujeros negros originales, la energía liberada no sale del interior de calabozo. Sale de la energía almacenada en el campo gravitacional alrededor del horizonte de eventos … que es donde se ve toda la energía del agujero negro. Porque no hay adentro del agujero negro. Esa región no está conectada a “nuestro universo”.

Esta es la razón por la cual la cuestión de si un objeto que cae en un agujero negro alcanza la singularidad es una especie de retención del pensamiento del universo como conectado. Es una pregunta perfectamente significativa desde el punto de vista de algo cuando cruza el horizonte de eventos … aunque se trata de si el objeto llega al futuro, no a un lugar, y tenemos un pequeño problema para NO llegar al futuro. ¡Pero no es una pregunta significativa desde el punto de vista de alguien fuera del horizonte de eventos del agujero negro, porque desde esa perspectiva hay ‘no hay allí’!

TL / DR: Cruzar el horizonte de eventos o eternamente “caer y desvanecerse” son el mismo evento desde diferentes puntos de vista. Pero no puedes tener ambos puntos de vista simultáneamente. Si quieres elegir el punto de vista del “colapso eterno”, está bien. Es correcto, pero no tiene nada interesante que decir sobre algunas preguntas porque no son parte del universo desde ese punto de vista. Si desea elegir el punto de vista ‘infalible’, entonces hay algunas cosas bastante interesantes que decir, pero relacionarlo con la otra vista es imposible porque la región que está describiendo no está conectada a él.

Abhas Mitra

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