¿La temperatura de un agujero negro sigue disminuyendo a medida que gana más masa?

Es asintótico: se acerca, pero nunca alcanza, cero Kelvin.

Los agujeros negros en la tabla están “emitiendo” radiación a través de la radiación de Hawking desde cerca de sus horizontes de eventos, por lo que sus temperaturas son una medida de la cantidad de radiación que se aleja de ellos, creada cuando uno de los pares de partículas virtuales cae en el agujero . La frecuencia con la que eso sucede depende de la relación de la masa del agujero negro con el área de superficie del horizonte de eventos del agujero negro.

La masa del agujero está directamente relacionada con su radio de Schwartzschild, desde el cual puede obtener el área de superficie del horizonte de eventos a través de la ecuación habitual para el área de superficie de una esfera, [matemáticas] A = 4 (pi) r ^ 2 [ /matemáticas] .

Entonces, la fuerza de la radiación de Hawking proveniente del agujero negro está determinada por la relación de la masa del agujero negro (y, por lo tanto, su radio) a su área de superficie.

La ecuación para esa temperatura resulta ser una fracción, con el radio en la parte superior y el área en la parte inferior, y el área es un cuadrado del radio (hay otros números, pero no cambian el resultado). A medida que el radio se hace más grande, el numerador de la fracción se hace más grande, pero el denominador se hace aún más rápido, y la fracción misma se hace cada vez más pequeña.

Entonces, cuanto más grande es el agujero, más baja es la temperatura, pero nunca es del todo cero porque esa fracción nunca llega a cero.

Lo más interesante de los agujeros negros es lo que sucede cuando la masa del agujero negro se acerca a cero. En ese punto, la ecuación implica que se emite energía infinita desde el agujero negro, pero también se evapora tan rápido que solo está en ese estado durante una cantidad de tiempo infinitesimal. Estos agujeros negros cuánticos emitirían un pico brillante de rayos gamma antes de … bueno, evaporarse. Probablemente. Honestamente, no estoy seguro de qué sucede con la singularidad en ese momento, y estoy bastante seguro de que los físicos profesionales todavía están discutiendo sobre eso.

La temperatura de Hawking para un agujero negro es directamente proporcional a la gravedad de la superficie del agujero negro y está dada por

[matemáticas] T_H = \ dfrac {\ hbar \ kappa _ +} {2 \ pi} [/ matemáticas]

donde [math] \ kappa _ + [/ math] es la gravedad de la superficie del agujero negro en el horizonte exterior.

En la geometría de Schwarzschild, la gravedad de la superficie es simplemente [matemáticas] \ kappa = \ dfrac {1} {4M} [/ matemáticas] donde [matemáticas] M [/ matemáticas] es la masa geométrica. En esta geometría, la masa BH necesitaría correr hasta el infinito para tener una temperatura de Hawking de cero.

La situación es diferente en la geometría de Kerr-Newman, donde la gravedad de la superficie es

[matemáticas] \ kappa = \ dfrac {r_ + – r _-} {2 (r _ + ^ 2 + a ^ 2)} [/ matemáticas]

donde [math] r_ \ pm = M \ pm \ sqrt {M ^ 2-a ^ 2-Q ^ 2} [/ math] son ​​los radios de coordenadas de los horizontes interno / externo y [math] a = \ dfrac {J } {M} [/ math] y [math] J [/ math] es el parámetro de momento angular.

Aquí tenemos condiciones extremas donde la gravedad de la superficie puede ser cero, por ejemplo, cuando [matemática] a = M [/ matemática] y [matemática] Q = 0 [/ matemática] como en el espacio-tiempo de Kerr. Entonces, hay agujeros negros con masa finita y la temperatura de Hawking es cero.

No se cree que los agujeros negros se puedan girar o cargar en condiciones extremas, por lo que solo es en principio que una masa finita BH puede tener una temperatura de Hawking de cero.

Sí, la temperatura de un agujero negro es inversamente proporcional a su masa.

La fórmula actual es

[matemáticas] T = \ dfrac {\ hbar c ^ 3} {8 \ pi kGM}, [/ matemáticas]

donde [matemática] \ hbar [/ matemática] es la constante de Planck reducida, [matemática] c [/ matemática] es la velocidad de la luz, [matemática] k [/ matemática] es la constante de Boltzmann, [matemática] G [/ matemática] es la constante gravitacional y [matemática] M [/ matemática] es la masa del agujero negro.

Esta temperatura es muy baja para los agujeros negros astrofísicos realistas (3 masas solares y más), mucho más baja que la temperatura de la radiación cósmica de fondo, por lo que los agujeros negros obtienen más energía incluso en el espacio vacío (al absorber algo de radiación de fondo) de la que irradian.

Pero no, la temperatura de un agujero negro nunca llegará a cero ni será negativa.

No soy un experto absoluto en esta área, pero puedo responder que si hiciste una gráfica donde x es la masa del agujero negro e y es la temperatura, 0 K es definitivamente una asíntota en la gráfica. Probablemente sería algo así como la gráfica de y = 1 / x, donde n es un número entero.

En este tipo de física solo necesitamos echar un vistazo al cuadrante 1, donde x e y son positivos. La línea se extiende infinitamente hacia arriba y hacia la derecha, pero nunca toca las líneas x = 0 e y = 0. Se acerca a las líneas infinitamente, pero nunca toca.

Esto significa que no podemos tener un agujero negro de masa 0, ni un agujero negro con la temperatura de 0 absoluto.

Si está hablando de la radiación de Hawking, sí, esto es completamente insignificante para los agujeros negros de masa estelar.

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