¿Qué causa que un agujero negro más pequeño se caliente y se irradie más?

El cambio en la energía dividido por el cambio en la entropía es lo que forma la temperatura, mientras que la entropía de un agujero negro es proporcional al área de la superficie del agujero negro, por lo que cuando aumenta la entropía, aumenta el área de la superficie. Por el contrario, cuando disminuye el área de superficie, la entropía aumenta y la temperatura aumenta.

Como el área de superficie es r [matemáticas] ^ {2} [/ matemáticas], el radio de Schwarzschild es directamente proporcional a la masa del agujero negro, mientras que la temperatura es inversamente proporcional a la energía / masa / radio. Por lo tanto, cuanto menor es la masa del agujero negro, menor es el área de superficie y mayor es la temperatura a medida que aumenta la velocidad de evaporación.

Una forma de pensar en esto es que la radiación de Hawking aumenta con una curvatura más dramática cerca del horizonte. Un agujero negro más pequeño tiene una curvatura más dramática y, por lo tanto, una radiación más intensa.

Los agujeros negros más pequeños tienen una temperatura de horizonte más alta en virtud de tener una gravedad superficial más alta que escala inversamente al parámetro de masa del agujero negro.

Una forma de pensar en esto es considerar la radiación de Unruh donde un observador acelerado, es decir, un observador Rindler, ve un baño térmico desde el vacío cuántico cuya temperatura es directamente proporcional a la aceleración del observador.

El horizonte Rindler es análogo al horizonte del agujero negro donde la gravedad de la superficie funciona como el marco acelerado del observador Rindler (piense en el Principio de equivalencia). Esto es más que una analogía en el espacio-tiempo de Schwarzschild donde la radiación de Hawking se puede calcular explícitamente de esta manera (no funciona, por ejemplo, en el espacio-tiempo de Kerr donde se usan otras técnicas, pero esto todavía funciona como una analogía).

En resumen, la temperatura de un agujero negro es directamente proporcional a la gravedad de la superficie, que es inversamente proporcional a la masa, lo que da a los agujeros negros más pequeños una temperatura más alta.