¿Cuáles son las cosas que pueden escapar de un agujero negro?

Si la mayoría de las personas sabe algo sobre los agujeros negros, probablemente sepan que nada puede escapar de ellos, ni siquiera la luz.

Sin embargo, este principio más básico sobre los agujeros negros ha sido refutado por la teoría de la mecánica cuántica, explica el físico teórico Edward Witten, del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, Nueva Jersey, en un ensayo publicado en línea hoy (2 de agosto) en la revista Science. .

Los agujeros negros, en la imagen clásica de la física, son objetos increíblemente densos donde el espacio y el tiempo están tan deformados que nada puede escapar de su agarre gravitacional. En otro ensayo en el mismo número de Science, el físico teórico Kip Thorne de Caltech los describe como “objetos hechos total y exclusivamente del espacio-tiempo curvo”.

Sin embargo, esta imagen básica parece contradecir las leyes de la mecánica cuántica , que gobiernan los elementos más pequeños del universo.

“Lo que se obtiene de la relatividad general clásica, y también de lo que todos entienden sobre un agujero negro, es que puede absorber cualquier cosa que se acerque, pero no puede emitir nada. Pero la mecánica cuántica no permite que exista tal objeto, “Witten dijo en el podcast Science de esta semana.

En mecánica cuántica, si una reacción es posible, la reacción opuesta también es posible, explicó Witten. Los procesos deben ser reversibles. Por lo tanto, si un agujero negro puede tragarse a una persona para crear un agujero negro un poco más pesado, un agujero negro pesado debería poder escupir a una persona y convertirse en un agujero negro un poco más ligero. Sin embargo, se supone que nada escapa de los agujeros negros. [ Fotos: agujeros negros del universo se

Para resolver el dilema, los físicos analizaron la idea de la entropía, una medida del desorden o la aleatoriedad. Las leyes de la termodinámica establecen que en el mundo macroscópico, es imposible reducir la entropía del universo, solo puede aumentar. Si una persona cayera en un agujero negro, la entropía aumentaría. Si la persona volviera a salir, la cuenta de entropía universal disminuiría. Por la misma razón, el agua puede derramarse de una taza sobre el piso, pero no fluirá desde el piso hacia una taza.

Este principio parece explicar por qué el proceso de la materia que cae en un agujero negro no se puede revertir, pero solo se aplica a nivel macroscópico.

El físico Stephen Hawking se dio cuenta de que, a nivel microscópico y de mecánica cuántica, las cosas pueden escapar de los agujeros negros. Predijo que los agujeros negros emitirán espontáneamente partículas en un proceso que denominó radiación de Hawking. Por lo tanto, la mecánica cuántica refutó uno de los principios básicos de los agujeros negros: que nada puede escapar.

Recientemente respondí una pregunta “¿Qué es la descomposición del agujero negro?”, Y reproduzco parte de la respuesta:

Los pares de partículas cuánticas y antipartículas pueden aparecer y desaparecer por períodos muy breves. Mientras obedezcan el Principio de incertidumbre de Heisenberg, esto es posible. Dentro del horizonte de eventos de un agujero negro, todo queda atrapado: cualquier materia allí permanece allí, cualquier par de partículas y antipartículas permanece dentro, cualquier luz que ingrese no puede escapar. Fuera del horizonte de eventos, las cosas pueden caer o no. Y si se forman pares de partículas-antipartículas en el exterior, se aniquilarán inmediatamente, pero de vez en cuando, uno de los pares puede caer, mientras que el otro queda afuera!

Por ejemplo, tenemos dos pares de partículas-antipartículas justo fuera del horizonte de eventos; para el par uno, la antipartícula cae y la partícula escapa, mientras que para el par dos, la partícula cae y la antipartícula escapa. La partícula que escapa del par uno y la antipartícula del par dos pueden interactuar, produciendo dos fotones que escapan como con energía real y positiva.

Pero esa energía no es gratuita, por lo que se resta de la masa del agujero negro, por lo que al final tenemos radiación, ¡y una masa más baja para el agujero negro!

No sé si esto realmente viola el principio básico de la teoría del agujero negro de que “nada puede escapar de un agujero negro”. Del ejemplo anterior podemos ver que en realidad no es ‘escapar’ de un agujero negro. Una partícula de un par partícula-antipartícula y una antipartícula de otro par partícula-antipartícula no cayeron en absoluto en el agujero negro; interactúan fuera del horizonte de eventos, produciendo energía en forma de fotones. Ahora, los pares de partículas anti-partículas eran VIRTUALES, pero cuando la mitad de una y la otra mitad interactuaban fuera del horizonte de eventos, se producía energía real. Por un lado, las partículas “cuestan energía”, por así decirlo, y por la conservación de la energía, no puedes simplemente hacerlas gratis de la nada. Incluso la incertidumbre cuántica solo le permite “engañar” al Universo sin energía durante ese pequeño período de tiempo; ¡eventualmente tienes que devolverlo!

Hay otro factor importante: la temperatura de la radiación debido a este mecanismo puede calcularse, y lo único de lo que depende es la masa del agujero negro en cuestión. Se necesitan literalmente miles de millones de grados de calor para crear los pares de partículas / antipartículas más ligeros. Pero un agujero negro de una sola masa solar tendría una temperatura de menos de un micro Kelvin, y la temperatura solo se reduce aún más para los agujeros negros más masivos. En otras palabras, la energía simplemente no está allí para producir incluso una de estas partículas.

Necesitamos recordar que estas no son partículas reales sino solo partículas virtuales que se están creando. En lugar de “pares reales de partículas contra partículas”, estos se visualizan mejor como partículas virtuales que nunca existen físicamente (es decir, con masa y colisiones) , pero que pueden vivir durante un período limitado de tiempo siempre que el estado final sea consistente con todas las leyes de conservación conocidas.

Sí, los pares virtuales de partículas-antipartículas aparecen todo el tiempo; en algunos casos, la partícula cae y la antipartícula permanece en el exterior, y en algunos casos la antipartícula cae y la partícula permanece en el exterior. ¡Pero es cuando tienes dos de estos pares de partículas virtuales haciendo esto de tal manera que coincide con las condiciones correctas para que puedas obtener radiación real que sale del agujero negro!

La radiación emitida es de cuerpo negro y continua. ¡La tasa de pérdida de energía es más rápida alrededor de los agujeros negros de menor masa, ya que la curvatura del espacio en realidad es más intensa alrededor de los horizontes de eventos para pequeños agujeros negros!

Le insto a leer el periódico de Ethan Siegel en “Comienza con un golpe:

¿Cómo se evaporan los agujeros negros? – Comienza con una explosión!

Ninguno … porque para vencer la inmensa fuerza gravitacional de un agujero negro, tienes que viajar a una velocidad más rápida que la luz, lo cual está prohibido por la teoría especial de la relatividad de Albert Einstein .

Ahora, te sorprendería escucharlo si conoces un tipo especial de radiación proveniente de un agujero negro que se llama “Radiación Hawking”.

Puedes pensar que estoy equivocado. Pero no, su percepción de la radiación de Hawking es errónea. Y la razón detrás de eso es el lenguaje comúnmente utilizado por los físicos cuando hablan de ello en conferencias públicas generales. En este tipo de situaciones, no entran en detalles y es por eso que es un error común pensar que la radiación de Hawking sale de un agujero negro.

Ahora, ¿de dónde viene esta misteriosa radiación?

La formación de pares virtuales de partículas-antipartículas cerca del horizonte de eventos de un agujero negro por fluctuaciones de energía cuántica debido a su inmensa fuerza gravitacional es la razón detrás de la emisión de la radiación de Hawking. Cuando un par virtual de partícula-antipartícula sale de la nada debido a las fluctuaciones de energía cuántica cerca del horizonte de eventos del agujero negro, tienden a aniquilarse entre sí y perder su existencia nuevamente. Pero si una de las partículas del par es absorbida por el agujero negro debido a su inmenso tirón gravitacional, entonces la otra no tiene pareja con la que aniquilar. Y aquí viene el punto. Ahora, la energía que tiene la otra partícula, tomada del vacío para salir, no se puede devolver, ya que no pueden aniquilarse entre sí. Pero, alguien tiene que devolver la energía prestada. En el proceso de devolver la energía prestada, la otra partícula que está cerca del horizonte de eventos se convierte en una partícula real y el agujero negro devuelve la misma cantidad de energía al vacío y a la masa suelta.

Por lo tanto, la radiación de Hawking no sale del agujero negro. En cambio, se forma cerca del horizonte de eventos de un agujero negro. Y dado que el agujero negro pierde masa para hacer que las partículas de radiación sean reales, a menudo se dice que está saliendo del agujero negro.

Espero eso ayude,

#hp

Los agujeros negros tienen una fuerza gravitacional extremadamente poderosa. Esto se debe al hecho de que una estrella tan masiva como al menos 10 veces la masa de nuestro Sol muere en una explosión de supernova, crea una estrella llamada estrella de neutrones que tiene un radio de aproximadamente 10 km. Por lo tanto, una estrella tan masiva como 10 veces nuestro Sol cuando se reduce a un tamaño tan pequeño, la fuerza gravitacional aumenta exponencialmente. Por lo tanto, incluso la luz no puede escapar, es mortal tirando de todo en su entorno.

Hasta ahora no hemos encontrado ningún cuerpo celestial o cosas que puedan escapar del horizonte de eventos de un agujero negro. Tal vez en el futuro, cuando nuestra tecnología hubiera mejorado en gran medida, tal vez podamos encontrar la respuesta a esta consulta.

Una cosa posible podría ser una nave espacial que tenga la capacidad de resistir el tirón del agujero negro, pero no es así en el futuro cercano.

Las ondas gravitacionales son producidas por objetos pesados ​​como una estrella de neutrones o un agujero negro como fue detectado por LIGO el año pasado. Excepto las ondas gravitacionales, nada sale de los agujeros negros.

Los rayos X que provienen de los agujeros negros no son en realidad de los agujeros negros. Se generan antes de la línea del horizonte de eventos en el disco, por eso escapan de los tirones gravitacionales del agujero negro. Pero una vez que están dentro del horizonte de eventos, no pueden escapar.

Priticamente nada.

Pero, hay un caché. Ahora, si una de las dos partículas virtuales se empareja, interactúa singularmente, entonces una de las partículas puede escapar.

Esto liberará prácticamente “radiación Stephen” o la frase comúnmente utilizada “radiación Hawking”. Ahora, más allá de esta teoría, no hay nada en este universo que pueda escapar del agujero negro.

Si algo lo hace, debería tener una velocidad mayor que la velocidad de la luz, lo cual es imposible (considerado) hasta ahora.

Espero que esto ayude.

Nada puede escapar si cruza el ‘horizonte de eventos’ (punto de no retorno) de un agujero negro. Ninguna onda o rayo electromagnético puede escapar de ella.

Si por rayos te refieres a rayos electromagnéticos, entonces ninguno.

Como el agujero negro atrae energía y todos los rayos tendrán algún tipo de energía, es muy poco probable que cualquier tipo de rayos escape de la influencia del agujero negro