¿Por qué ni siquiera la luz puede escapar de un agujero negro?

La velocidad de la luz es 3 × 10 ^ 8 kmph (aproximadamente). La velocidad de escape del horizonte de eventos de un agujero negro es igual a la velocidad de la luz. Si algo pasa el horizonte de eventos y entra en el agujero negro, no puede escapar de esa región porque la velocidad de escape en esa región es mucho mayor que la velocidad de la luz. Según nuestro conocimiento actual, nada puede ser más rápido que esta velocidad. Por lo tanto, nada puede escapar del agujero negro (ni siquiera la luz).

Hay una excepción Los agujeros negros supermasivos a veces pueden liberar partículas a través de chorros astrofísicos con campos magnéticos muy fuertes.

Fuente de la imagen: astronomycafe.net

Para su fácil comprensión, lo haré pasar por el problema de esta manera. Es posible que esté familiarizado con la famosa ecuación de Einstein E = mc ^ 2, que sugiere que la energía es masa y viceversa. Como la luz tiene energía, tiene que tener una masa equivalente a la energía que transporta. Y es un hecho conocido que la masa interactúa con la gravedad. La masa intacta de objetos curva el espacio-tiempo de tal manera que resulta en gravedad. Entonces, la luz como cualquier objeto con masa también interactúa con la gravedad.

Ahora, hay un término conocido como velocidad de escape, que es la velocidad mínima que un objeto necesita adquirir para escapar de un tirón gravitacional particular. Este requisito de velocidad mínima para la mayoría de los agujeros negros es mayor que la velocidad de la luz misma. Esta es la razón por la que incluso la luz, que es la cosa más rápida del universo, no puede escapar de un agujero negro.

Sí, es una hipótesis y una consecuencia basada en la teoría de la relatividad desarrollada por Einstein. Es simple de entender. En primer lugar, tome la equivalencia de energía de masa, E = mc ^ 2. Eso significa que la energía y la masa son, en esencia, lo mismo. Por lo tanto, la gravedad, definida como una fuerza entre masas, es más generalmente una fuerza entre distribuciones de masa, fuerza y ​​energía. La luz está compuesta de partículas fundamentales llamadas fotones. Tienen un cuanto de energía. Por lo tanto, la luz se verá afectada por un campo de gravitación de la misma manera que cualquier masa.
Luego considere el concepto de una velocidad de escape. A una masa se le puede dar una velocidad suficiente para escapar del campo gravitacional de un objeto masivo. Esto se define cuando la energía cinética es igual a la energía potencial gravitacional y es independiente de la masa del objeto (de acuerdo con el principio de equivalencia). Por lo tanto, una velocidad de escape caracteriza un pozo gravitacional (independiente del objeto). Entonces, ¿qué sucede cuando la velocidad de escape en realidad excede la velocidad de la luz? Esta es la condición para un agujero negro. Hay más que esto, pero esta es la explicación más simple de por qué la luz no puede escapar de un agujero negro.

Porque la velocidad de escape de un agujero negro no es menor que la velocidad de la luz.

No sé si está familiarizado con el concepto de velocidad de escape, pero lo explicaré a continuación de todos modos.
Si arrojas una pelota, alcanzará una altura pequeña y luego girará y caerá nuevamente. ¿Por qué? Obviamente sabes la respuesta: la gravedad. Un objeto con una velocidad tan pequeña no podría liberarse del campo gravitacional de la Tierra. La masa de la Tierra derriba todo , a menos que un objeto se aleje a una velocidad de 11.2 km / so mayor. 11,2 km / s es la velocidad mínima requerida para escapar del tirón de la gravedad de la Tierra y, por lo tanto, se denomina velocidad de escape de la Tierra. Cada campo gravitacional tiene una velocidad de escape definida. Cuanto mayor es la atracción gravitacional, mayor es la velocidad de escape. Como tal, la velocidad de escape de Júpiter es 59.5 km / s segundo porque su masa y fuerza gravitacional es mucho mayor que la de la Tierra. Entonces, los cometas que pasan al campo gravitacional de Júpiter y no se mueven al menos a 59.5 km / s son atraídos directamente por la gravedad del planeta masivo.
Ahora, saliendo a la luz y agujeros negros … La luz consiste en partículas de energía que se mueven a una velocidad de 299792.4 km / s. ¡Pero el campo gravitacional de un agujero negro es tan fuerte que su velocidad de escape es mayor que la velocidad de la luz! Entonces, la luz simplemente no es lo suficientemente rápida como para liberarse de ella y, por lo tanto, es atraída directamente hacia el agujero negro.

Su pregunta plantea el problema de por qué la luz puede escapar de una estrella masiva pero no puede escapar de un agujero negro igualmente masivo. La razón es que un agujero negro debe tener su masa contenida dentro de un radio lo suficientemente pequeño como para que la velocidad de escape sea igual a la velocidad de la luz. La razón por la cual una estrella masiva no colapsa se debe a que la fusión nuclear causa presión térmica externa, presión de degeneración de electrones y también las fuerzas naturales que mantienen separados los protones y los electrones. Una vez que se agota el combustible nuclear, una estrella masiva puede colapsar y, si es lo suficientemente masiva, seguirá colapsando hasta que alcance el radio mencionado anteriormente.

Bueno, la “ni siquiera la luz” me llamó la atención. La razón detrás de esto es la velocidad de escape, por supuesto. Y “luz” podría referirse a la radiación electromagnética dentro del rango de longitudes de onda de 250 a 700 nm. Esto, por lo tanto, es un tipo de problema de onda de partículas. En resumen, tenemos evidencia de radiación gamma que emana de los agujeros negros. Entonces, ¿los gammas no son luz, o no?

Ahora, solo para establecer el escenario, las naves espaciales de los tiempos modernos superaron la velocidad de escape de la Tierra. Es posible, aunque técnicamente inviable, iniciar la cápsula con velocidad de escape a nivel del suelo. Por lo tanto, un cohete se usa para transportar energía unida químicamente y para liberar un flujo constante de masa, acelerando el vehículo a la velocidad de escape a una altitud más alta.

Un agujero negro idealizado, ahora, podría ser una singularidad de masa de punto rodeada por un horizonte de eventos. Solo la luz, destinada a viajar a la velocidad de la luz en todo momento, no se puede acelerar más. Pero los fotones pueden perder energía, y su longitud de onda aumenta en el proceso. Parece que el campo gravitacional de la singularidad absorbe la energía del aspirante a escapar, que por supuesto solo es limitada.

Un fotón que posee propiedades ondulatorias su energía podría ser arbitrariamente alta. Por lo tanto, una fuente de fotones suficientemente energéticos podría emitir un pulso desde el agujero negro. Incluso los agujeros negros deberían tener solo una masa limitada. Tales emisiones, invisibles para el ojo humano, pasarían desapercibidas. La NASA desplegó satélites en órbita para detectar explosiones de rayos gamma interestelares. Los agujeros negros los acarician al tragarse estrellas de neutrones, aparentemente.

La imposibilidad de escapar estrictamente de un agujero negro es un problema solo para objetos de masa infinita positiva de longitud de onda infinita / finita.

La energía de un fotón viene dada por:

E = hf

dónde,

h es la constante del tablón (6.626 * 10 ^ -34 Js),

f es la frecuencia asociada a ella

Einstein nos dice:

E = mc ^ 2

dónde,

m es la masa de la partícula

c es la velocidad de la luz (2.998 * 10 ^ 8 m / s)

Entonces, el fotón tiene cierta masa asociada a él.

Ahora un agujero negro tiene algo de masa, lo que significa que hay que alcanzar una velocidad de escape para escapar de sus garras. Esta velocidad mínima cae como el cuadrado del radio (según Newton, es algo diferente en GRT). Sucede que los agujeros negros son tan masivos que esta velocidad de escape es mayor que la velocidad de la luz demasiado cerca del agujero negro. Esto significa que incluso la luz no puede escapar demasiado cerca de la superficie.

Porque BH son opacos a todas las ondas e / M y esto no tiene nada que ver con la gravedad. Esta es una propiedad habitual de los componentes de los que están hechos los agujeros negros.

Los agujeros negros tienen masa finita y no pueden tener gravedad infinita. El concepto de velocidad de escape está relacionado con la masa, no con la energía. La onda E / M es energía y no masa. No podemos aplicar el mismo conjunto de reglas a dos cosas diferentes.

No sobrevaloremos los agujeros negros al asignarles un atributo tan misterioso, debido a nuestra incapacidad de distinguir claramente entre masa y energía.

El agujero negro es un objeto, muy denso y que tiene una gran masa compactada dentro de un volumen muy pequeño. El resultado es que su campo de gravedad es muy fuerte.

La velocidad de escape de un cuerpo estelar es una velocidad que un objeto debe alcanzar para escapar de su gravedad. La velocidad de escape desde la superficie de la Tierra es de alrededor de 11,2 km por segundo. La gravedad de un agujero negro es tan fuerte que la velocidad de escape desde su superficie es mayor o igual que la velocidad de la luz. Por lo tanto, ni siquiera la Luz puede escapar de un agujero negro. Como la luz es lo más rápido del Universo, podemos decir que nada puede escapar de la gravedad de un agujero negro.

Porque esa es la definición de un agujero negro.

Algo es solo un agujero negro si existe algún punto a su alrededor donde su fuerza gravitacional sea lo suficientemente fuerte como para que la luz no pueda escapar.

¡Si la luz puede escapar de todas partes, no es un agujero negro!

La velocidad de escape del agujero negro es mayor que la velocidad de la luz.

La velocidad de escape es la velocidad mínima requerida para escapar / liberarse de la gravedad de un cuerpo.

Ahora para un agujero negro, esta velocidad es más alta que la velocidad de la luz. Por lo tanto, la luz misma no puede escapar de un agujero negro.

Los agujeros negros son tan grandes que el espacio a su alrededor es curvo.

Como los fotones no tienen masa, la gravedad no puede afectarlos

pero todavía están obligados a seguir el camino del espacio.

El agujero profundo que se muestra en la imagen es un espacio curvo por el efecto de la gravedad masiva del agujero negro.

Las respuestas de una palabra se deben a la fuerza gravitacional.

Ahora solo piensa en lo que es un agujero negro

Según la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio

Un agujero negro es un lugar en el espacio donde la gravedad tira tanto que incluso la luz no puede salir. La gravedad es muy fuerte porque la materia se ha comprimido en un espacio pequeño. Esto puede suceder cuando una estrella está muriendo. Como no puede salir la luz, la gente no puede ver los agujeros negros. Son invisibles.

Debido a la gran gravedad del agujero negro. Básicamente, si aplicamos la conservación de energía aquí, es decir, el cambio en la energía total a cero … obtenemos energía cinética == a energía potencial … que es (1/2) * m * (v) ^ 2 == GmM / R donde Los signos tienen significados habituales. Ahora, para que algo sea un agujero negro (digamos de cualquier categoría) solo intente calcular el valor de la velocidad mediante esta fórmula (simplemente reorganice la ecuación anterior) obtenemos V == (2GM / R) ^ {1/2} donde M es masa de agujero negro, R es Radio y G es constante gravitacional … curiosamente encontrará que la velocidad siempre es comparable a la velocidad de la luz … eso ciertamente significa que para escapar de un agujero negro tenemos que ir más rápido que la velocidad de la luz y actualmente eso no es posible … ahora obviamente la luz no puede escapar :))

La respuesta más simple es que dentro de un agujero negro el espacio y el tiempo “intercambian lugares”, de modo que el tiempo “apunta hacia el centro (singularidad)”. Esto significa que incluso la luz siempre termina en el centro. La otra forma de verlo, que puede ser más fácil de imaginar, es que la velocidad de escape es tan alta que ni siquiera la luz es lo suficientemente rápida como para escapar de las garras de un agujero negro.

En el agujero negro, la fuerza de la gravitación es tan intensa que incluso los fotones que tienen la máxima velocidad posible no pueden escapar a través de él. En otras palabras, la tela del espacio-tiempo es tan curva que incluso la luz no puede escapar.

Pero luego surge otra pregunta, es decir, ¿cómo escapan los gravitones?

La gravedad de los agujeros negros se dobla intensamente para que cualquier forma de materia no pueda escapar de este pozo muy profundo y absorbente. La luz también es un asunto. Por lo tanto, tampoco puede evitar el agujero negro.

Los agujeros negros tienen un tirón gravitacional masivo dentro de ellos y cualquier cosa que tenga que salir necesita alcanzar una velocidad especial llamada velocidad de escape. La misma velocidad de escape para un agujero negro es mayor que la velocidad de la luz, por eso la luz puede no escapes de un agujero negro

Porque tiene una fuerza de gravitación tan fuerte que inclina la luz hacia ella.
Tiene algo de mucha fuerza energética en su interior que se produce por la contracción de una gran estrella. Y una gran estrella que se contrae en una cosa pequeña tiene muy densa en su interior que produce tal fuerza.

Espero que estés satisfecho.