¿De qué está hecho un agujero negro?

Otras respuestas dadas, así como muchos ensayos de física que podría haber leído, generalmente especulan que no sabemos qué hay dentro de un agujero negro. Me atrevo a especular que no solo lo sabemos, sino que lo experimentamos todo el tiempo. Espero que usted y los moderadores de Quora no me excomulguen por pensar que un agujero negro es exactamente el universo en el que vivimos. Si toma la masa del universo y calcula el radio de Schwarzschild para esa masa, se trata de exactamente 13.7 mil millones de años luz. ¿Te resulta familiar esta distancia? Sí, ese es exactamente el radio de nuestro universo visible. Así que estamos dentro de un agujero negro y hay todo un mundo real fuera de los límites de nuestro universo preguntándose qué hay dentro de este agujero negro súper súper masivo. Si te molesta demasiado esta idea, ten paciencia conmigo y piensa en esto como la trama de una nueva película de ciencia ficción. Entonces, para responder a su pregunta, ¿de qué está hecho el agujero negro o mejor aún, qué está dentro de un agujero negro?

La noción de que no sabemos qué hay dentro de un agujero negro proviene del hecho de que ninguna luz o información puede atravesar el horizonte de eventos. Pero si ya está dentro del agujero negro (es decir, más cerca que el radio de Schwarzschild de la singularidad), básicamente nada le impedirá saber qué hay dentro. Realmente puedes comunicarte con tu entorno. La luz y la información viajan dentro del horizonte de eventos de un punto a otro, por lo que esto es consistente con nuestra existencia actual.

Ahora que sabes que estamos dentro de un agujero negro, déjame sorprenderte al considerar otras cosas no triviales. Siempre escuchas que el agujero negro es esta aspiradora gigante que se traga todo. Incluso algunas respuestas aquí enfatizan que dentro de un agujero negro todo está cayendo en el centro de la singularidad. Mientras no salga información del interior de un agujero negro, cualquier especulación puede ser correcta. Los autores pueden afirmar que el interior del agujero negro está formado por cerdos voladores y no se puede argumentar lo contrario. Pero mira a tu alrededor. Estamos dentro de este gran agujero negro llamado universo. ¿Ves todo caer hacia un centro? Mejor aún, ¿dónde está ese centro? En nuestro universo, cualquier punto, digamos que este rincón del escritorio de mi oficina es el centro exacto del universo. Aunque realmente no siento que todo esté cayendo. Da un paso más allá. La teoría del Big Bang y el argumento de la energía oscura en realidad es que no solo las cosas no están cayendo, sino que todo se está escapando y el universo está en constante inflación. ¿No es eso trivial para el interior de un agujero negro?

Otro pensamiento interesante es lo que me gusta pensar como teoría de la cebolla. Sabemos que hay agujeros negros en nuestro universo. Diablos, hay unos supermasivos en el centro de la mayoría de las galaxias. No tenemos información sobre el interior de esos agujeros negros porque la luz no sale de su interior y, por lo mismo, las entidades simbólicas dentro de esos agujeros negros no conocen nuestro universo.

Ahora expande tu horizonte. ¿Qué sabemos sobre fuera del límite de nuestro universo visible? No tenemos ninguna información Supongo que hay otro super universo por ahí y tal vez estos seres inteligentes que viven en la próxima capa de esta cebolla miran nuestro universo (que les parece un agujero negro) y se preguntan cómo es la física allí dentro. Ahora cualquier apuesta sobre cómo se comporta la física por ahí. ¿Estoy dispuesto a apostar que su velocidad de la luz puede ser diferente a nuestra velocidad de la luz? Y sí allí, tal vez la intensidad del campo eléctrico cae con el cubo de distancia no cuadrado. En otras palabras, la física en los dos lados de un horizonte de eventos puede ser muy diferente y nunca lo sabrás.

¿Quién hubiera pensado que la cebolla es buena comida? Comida para el pensamiento.

La relatividad general ha tenido éxito al describir las propiedades macroscópicas de los agujeros negros. Sin embargo, a nivel microscópico, predice que los agujeros negros tienen una singularidad en sus núcleos: una región donde el campo gravitacional es infinitamente fuerte. Dentro de la imagen de la gravedad presentada por GR, tal singularidad destruiría toda la información sobre los estados cuánticos de la materia que cae en un agujero negro. Sin embargo, uno de los principios fundamentales de la mecánica cuántica es que se preserva la información. La pérdida de información en una singularidad es obviamente paradójica y apunta a una incompatibilidad fundamental entre GR y QM. Una esperanza de larga data ha sido que la aplicación de una teoría cuántica de la gravedad a la descripción de los agujeros negros resolvería estas contradicciones.

En muchos sentidos, la singularidad es una admisión de derrota. Las leyes de la física, tal como las conocemos, se rompen dentro del horizonte de eventos, no puede escapar información, por lo que solo debemos preocuparnos por los eventos dentro y fuera del horizonte de eventos. Sin embargo, el espacio dentro del horizonte de eventos es una realidad. Debe estar hecho de algo, tal vez no exista una singularidad, sino un estado de la materia actualmente más allá de nuestra comprensión.

Para centrarnos en el tema con una imagen mental más clara, si consideramos un pequeño agujero negro (hipotético) con la masa solo la de la Tierra. Entonces se puede demostrar que el radio de Schwarzschild es de solo 9 mm. El horizonte de eventos es una esfera de solo 18 mm de diámetro pero con toda la masa de tierra contenida dentro de este volumen. Es casi imposible comprender cómo tanta materia podría caber en un espacio tan pequeño. En realidad, no se forman pequeños agujeros negros como este, sin embargo, es útil para fines de visualización. La masa del sol es aproximadamente 3 veces demasiado pequeña para crear un agujero negro, pero un agujero negro de una sola masa solar tendría un radio de Schwarzschild de 2,96 km. Compare esto con un radio de degeneración de neutrones de aproximadamente 20 km para una estrella de neutrones de masa solar, o con el tamaño de la tierra para una enana blanca de masa solar. Con esto en mente, queda claro cuán extrema es la compresión de la materia dentro del agujero negro. Pero no es suficiente eludir el problema, declarando que la materia se comprime hasta la singularidad donde la curvatura o el espacio-tiempo se vuelven infinitos. La singularidad puede incluso no ser real.

Puede resultar que la cuantificación de una clase especial de agujeros negros (conocidos como agujeros negros esféricamente simétricos) es posible dentro de un marco para la gravedad cuántica conocida como gravedad cuántica de bucle.

El análisis teórico muestra que una región de espacio-tiempo altamente curva (donde se pueden manifestar los efectos cuánticos de la gravedad), en lugar de una singularidad, es lo que constituye el núcleo de un agujero negro. Si bien esta teoría prometedora elimina la singularidad que implica la relatividad general clásica, se necesitará más investigación para establecer si estos resultados resuelven la paradoja de la pérdida de información y si el enfoque puede generalizarse a otras clases de agujeros negros.

Respuesta corta:

No lo sabemos y probablemente nunca lo sabremos.

Respuesta un poco más larga:

El horizonte de eventos nos impide ver qué es exactamente un agujero negro. Dado que todo lo que pasa el horizonte de eventos no vuelve nunca, no hay forma de que podamos predecir cómo es o se ve la singularidad. Cualquier tipo de material que se pueda utilizar como información proviene solo del exterior, mientras que el interior sigue siendo un misterio. Podemos suponer que, dado que el agujero negro se forma cuando el colapso de la estrella gigante, la singularidad es una bola de materia muy pequeña con una masa tan alta que puede capturar todo lo que se acerca demasiado y nunca dejarlo escapar. Pero dado que toda esa materia ha sido aplastada por su propia fuerza gravitacional sobre su radio swartzchild, ni siquiera podemos suponer que todavía es importante de lo que estamos hablando. Puede ser energía pura, un portal para otra dimensión, nada completo, un espejo perfecto del universo entero, un cortafuegos cósmico que elimina de la existencia cualquier cosa que supere el horizonte de sucesos en violación de las leyes de la física, incluso puede ser un infierno. Tetera para lo que sabemos.

La única forma de saber es entrar en uno, pero con una trampa: no se puede contar la historia a nadie más que esté afuera. La información se transmite a través de la energía. La luz es un buen ejemplo de eso, y a pesar de que la luz o cualquier tipo de radiación o forma de energía no sale de un agujero negro, no se puede saber qué pasa más allá del horizonte de eventos.

Supongamos que está cerca de un agujero negro y salte a él. Por alguna razón, el tirón de la gravedad no te matará, mientras que eres absorbido hacia la singularidad. Nada te va a matar dentro del agujero negro, solo estás viajando dentro de él para ver cómo es. Este escenario es similar al de la película interestelar: un agujero negro tan grande que comienzas a desmoronarte cuando pasas el horizonte de eventos, en lugar de hacerlo cuando ya estás lejos de él.

Sea lo que sea que veas dentro, serás el único en saberlo. Esto se debe a múltiples razones.

Primero es que, como ya se dijo: la información está atrapada dentro y sobre el horizonte de eventos del agujero negro. Independientemente de lo que haga para intentar enviar algo fuera de él, debe viajar a una velocidad superior a la velocidad de la luz, probablemente incluso mucho más alta, dependiendo de qué tan fuerte sea la atracción. Si caes en un agujero negro, las personas del exterior te verán cada vez más cerca de él, cayendo más y más despacio a medida que te acercas. Cuando pases el horizonte de eventos, verán que te detienes, tus colores cambian a un tinte rojo y desaparecen lentamente. Esto se debe a que el tiempo se ve afectado por la gravedad y cuanto más te acercas, más lento es para ti. Si la masa en el centro del agujero negro es infinita, para los observadores externos, su proceso de desaceleración a medida que desciende en el agujero negro durará para siempre. Lo contrario sería para ti: verás que el universo exterior se acelera a través del tiempo cada vez más rápido para siempre.

Supongamos que un agujero negro tenía una masa enorme pero finita. Este es el caso donde desaparece y no cae para siempre. Cambia a rojo y desaparece porque cuando pasa el horizonte de eventos, la luz que viene de usted al observador se detiene repentinamente. El desplazamiento hacia el rojo se debe a que la luz roja tiene una longitud de onda más larga que el opuesto del espectro que es azul. La luz roja llegará en último lugar, y luego comenzarás a desvanecerse porque ya no viene luz.

La segunda razón es que, dado que el tiempo se ve afectado de manera diferente a medida que la fuerza de la gravedad se vuelve más fuerte, es probable que nunca más tenga que contar la historia. Su reloj funcionará normalmente, pero todo lo demás en el universo se acelerará en el tiempo hasta un punto en el que probablemente uno de sus segundos corresponda a millones de años para el exterior y los humanos se habrán ido mucho antes de que su mensaje llegue.

De ninguna manera, no se puede decir a los extraños cómo es el interior. Tienen que verlo ellos mismos para saber qué está pasando.

Si puede llegar a él, hay razones para creer que podría ser cualquier cosa que describió. O algo que ni siquiera podemos imaginar o describir.

Simplemente no sabemos y no podemos saber qué es, pero seguro que no me sorprenderá que un agujero negro sea en realidad el lugar donde los calcetines, las llaves y las monedas pequeñas terminan cuando las pierdes.

Las personas tienden a equivocarse con precaución cuando responden tales preguntas. Son diplomáticos: declararán cosas como “no sabemos” y tal vez incluso “no podemos saber” y citarán cómo no se puede volver a obtener información en el horizonte de eventos. Pero de alguna manera están diciendo lo que pueden y saben. Está bien evitar ser malinterpretado o tener miedo de ser sacado de contexto, pero no creo que esté bien no responder la pregunta que se ha hecho con lo que sabemos. El OP no preguntó “¿Sabemos de qué está hecho un agujero negro?”

El OP probablemente ha escuchado / leído que las estrellas muy grandes en sus momentos finales colapsarán sobre sí mismas y formarán un agujero negro. Entonces, ¿los agujeros negros están hechos de hidrógeno que ya no pueden fusionarse en helio? ¿O es todo helio de alta densidad? ¿Qué pasó con todo ese asunto que se derrumbó para formar el pozo de gravedad ineludible? ¿Qué está pasando con todo el asunto que cae en un agujero negro? ¿De qué está hecho?

Lo que sí sabemos, OP, es que las expresiones regulares de la materia ya no son aplicables más allá del horizonte de eventos. Los átomos no tienen significado dentro de un agujero negro. El mejor término que tenemos, aparte de que no sabemos exactamente, es que hay una singularidad. No muy satisfactorio, estoy de acuerdo. Porque entonces tenemos la pregunta: ¿De qué está hecha la singularidad? Es probable que sea una forma de materia exótica ultra condensada, del tipo que, cuando se localiza, retuerce el tejido del espacio mismo. Las reglas son diferentes dentro de un agujero negro, por lo que la materia misma se reorganiza para seguir las reglas. Básicamente, cualquier asunto que no siga nuestras convenciones bariónicas se etiqueta como materia exótica. Entonces, en los términos simples en los que se hizo la pregunta, un agujero negro está hecho de materia exótica.

Bueno, no lo se. Pero algunas cosas parecen estar sucediendo. Primero, el concepto de materia clásica supercomprimida es incorrecto, en la escala de densidad para un agujero negro. Mecánicamente, las funciones de onda de partículas se superpondrían, con diferentes componentes de carga, momento angular, masa, propiedades de quark, etc. Segundo, sospecho, aunque no tengo suficientes antecedentes para argumentarlo, que las diferentes propiedades de la mecánica cuántica se separan el uno del otro en el proceso de colapso: la carga eléctrica, la masa, las diversas propiedades del quark. Se dice que el espacio se estira por la densidad de masa local. Está bien, pero las partículas no tienen una ubicación exacta, según la incertidumbre de Heisenberg. Entonces, tal vez se dividen en componentes a medida que ‘caen’ en el BH. Y debido a que imagino una cizalladura infinita, esperaría que incluso las partículas se separen a medida que caen. Y cualquier par virtual generado espontáneamente internamente en el BH, también se separaría y succionaría.

Estrella de neutrones, hecha después de supernova

Su peso es de aproximadamente 5.89 mil millones de toneladas, la presión en la estrella es tan alta que debido a que las partículas de carga, el electrón y el protón se combinan para formar una entidad única que resulta en una estrella con partículas no cargadas llamada estrella de neutrones.

Ahora la pregunta es ¿de qué material está compuesto el neutrón …?

Entonces,

Está formado por quark (cualquiera de una serie de partículas subatómicas que llevan una carga eléctrica fraccional, postulada como bloques de construcción de los hadrones. Los Quarks no se han observado directamente, pero las predicciones teóricas basadas en su existencia se han confirmado experimentalmente)

El neutrón es un barión (una partícula subatómica) y se considera que está compuesto por dos quarks hacia abajo y uno hacia arriba. Un neutrón libre decaerá con una vida media de aproximadamente 10.3 minutos, pero es estable si se combina en un núcleo.

SM

No puedes aterrizar en un agujero negro.

En el horizonte de sucesos, simplemente caerías y morirías por las fuerzas de las mareas, si no hubieras muerto por la radiación del disco de acreción alrededor del agujero negro o si hubieras sido manchado en el disco tú mismo.

Luego, cuando llegas al centro, incluso los átomos que anteriormente formaban tu cuerpo se desgarrarían y transformarían en otras formas de materia y energía, ya que los electrones, los quarks y otros fermiones no pueden existir en esas condiciones. Podría convertirse en plasma quark-gluon a la mitad.

No hay singularidad dentro de un agujero negro.

La respuesta de Edward Cherlin a ¿Puede un agujero negro realmente tener cero volumen?

Tampoco hay nada en lo que puedas aterrizar que te detenga. La materia transformada de su cuerpo se fusionaría con la materia transformada de la estrella que colapsó en el agujero negro.

Bueno, una estrella de neutrones en realidad no está completamente compuesta de neutrones, puedes leer más sobre eso en otras partes de quora o hacer una búsqueda rápida en la web. Pero dejando eso de lado, ¿de qué está compuesto un agujero negro?

Gravedad.

O, si quieres, gravedad y energía.

Un agujero negro es lo que se llama una ‘solución de vacío’ en la relatividad general, lo que significa que no requiere ningún tipo de materia para existir. La curvatura espacio-temporal de un agujero negro (su campo gravitacional) se mantiene completamente por esa misma curvatura espacio-temporal.

Ahora, usted sabe (digamos) que ese agujero negro se formó inicialmente a partir del núcleo de una estrella, y desde entonces ha absorbido varios polvos y gases (y por lo que sé, las naves espaciales que visitan son demasiado curiosas). Todo eso se ha convertido en parte de la singularidad en el centro (en nuestra teoría actual, un punto matemático). Pero las propiedades del agujero negro son exactamente las mismas (hasta donde sabemos) independientemente de si estaba compuesto de nada más que campos gravitacionales o si comenzó completamente como melones. Y si no hay diferencia, entonces no hay diferencia. Todo lo que entró en el agujero negro parece haberse ido. Período. El interior del agujero negro ya no es una parte significativa del universo. Raro eh?

Ahora, algunos físicos estarían ligeramente en desacuerdo con esto (con buena razón). Creen que ciertas condiciones que se aplican a otras cosas (“conservación de la información”) aún se aplican a los agujeros negros. Si son correctos (¡y pueden serlo!), Entonces hay diferencias entre un agujero negro formado completamente por campos y uno hecho de otra cosa (estrellas o frutas o …). Pero para satisfacer esas condiciones de conservación, esas diferencias deben residir en el horizonte de eventos y no dentro del agujero negro. Por lo tanto, si esto es así, entonces hay aún más razones para creer que no tiene sentido preguntar sobre qué hay ‘dentro’ de la singularidad de un agujero negro, cualquier ‘esencia’ que haya quedado atrás.

Entonces, según lo descrito por GR, cualquier detalle que involucre lo que entró en un agujero negro se retiene fuera de él, y el interior es un punto matemático (si es que) sin ninguna composición. Hay “no hay allí”.

Esta imagen puede cambiar cuando y si descubrimos una teoría de la gravedad cuántica. Pero sin saber que esta es la mejor descripción que tenemos. Puede ser contrario a nuestro sentimiento sobre cómo funcionan las cosas (y puede haber y habrá descripciones alternativas si usted es el que cae en el agujero negro). Pero desde el exterior (y solo existe el exterior dentro de nuestro universo) “eso es todo lo que hay, no hay más”.

Los agujeros negros no están hechos de nada, son soluciones de vacío para las ecuaciones de Einstein. Como cada cuerda y brana en una teoría de cuerdas es, en última instancia, una versión cuántica adolescente de un agujero negro, puedes pensar que todo está hecho de agujeros negros, y la pregunta es tan absurda como preguntar de qué están hechos los campos eléctricos, ya que la materia está compuesta de los campos, no al revés. Del mismo modo, en la gravedad cuántica, la materia es dual a algún tipo de agujero negro.

El agujero negro generalmente está hecho de un haz de hipernova que es emitido por una estrella en explosión. Cuando una estrella pierde energía, se hace cada vez más grande y al final explota con gran fuerza liberando un rayo llamado supernova que se transforma en hipernova dando lugar a un agujero negro.

Desde el exterior, un agujero negro está hecho de masa, carga y momento angular. Esas son todas sus propiedades. Período. “Desde el exterior” es todo lo que importa (por así decirlo), ya que ese es el único lugar desde el cual un experimento puede devolvernos datos.

Al menos clásicamente. Hay problemas no resueltos con la pérdida de información en un agujero negro que pueden requerir una nueva formulación de gravedad, mecánica cuántica o ambos para resolver.

Toda la masa estelar que cayó. Y cualquier carga neta y momento angular. Por lo tanto, sus propiedades son masa, carga y momento angular.

Se desconoce qué sucede con las partículas constituyentes, ¿tal vez divididas en las cadenas constituyentes fundamentales de la teoría de cuerdas?

Los agujeros negros están hechos de una gravedad extremadamente fuerte que no permite que ninguna materia caiga dentro. Como los objetos no pueden escapar, los agujeros negros también están formados por la materia que cae dentro de ellos. Dentro de un agujero negro hay un punto en el espacio donde la curvatura del espacio-tiempo es infinito. Este punto se llama singularidad de un agujero negro. Contiene una gran masa en un espacio muy pequeño.

Esta es una buena pregunta, y corríjame si me equivoco. Los agujeros negros no están hechos de nada; En realidad, es un error pensar que un todo negro es una esfera con una fuerza gravitacional fuerte. En realidad, lo que parece suceder es que hay tanta energía concentrada en una región del espacio, que el horizonte esencialmente ‘se rompe’ y forma un AGUJERO tridimensional real que también extiende la cuarta dimensión, que es el tiempo; La radiación de Hawking se crea por efectos cuánticos muy complejos y la ‘información’ que cae en el todo negro eventualmente se ‘transfiere’ a su ‘superficie’ (u horizonte de eventos), lo que teóricamente haría que el agujero negro brille: la luz PUEDE escapar antes de que horizonte de eventos, y a veces los fotones terminarán en órbita alrededor del agujero negro, a pesar de su fuerte fuerza gravitacional.

Realmente realmente REALMENTE materia comprimida, tan comprimida que, en lugar de átomos, qué tamaño de materia en el interior en comparación con el tamaño real es enorme como una hormiga en un estadio.

en los agujeros negros es como un estadio en un estadio, si la Tierra se comprimiera en un agujero negro, sería una esfera de materia supercomprimida de 1 m de diámetro.

Dado que las fuerzas gravitacionales de un agujero negro no tienen una estructura elemental en sí misma, está hecha de los elementos más comunes que consume. Entonces, principalmente hidrógeno, luego helio, seguido de oxígeno y luego carbono (o posiblemente, debido a la fisión, una combinación de esos elementos nunca antes vistos).

Un agujero negro está hecho de antimateria. El universo se desarrolla de la nada. De hecho, nada se divide en materia y antimateria. Los físicos también se dan cuenta, pero qué tipo de cosa se cree que es antimateria por la comunidad de físicos es realmente extraño. La comunidad científica cree que las cosas físicas hechas de átomos que contienen posiciones que orbitan alrededor de núcleos cargados negativamente son antimateria, pero es la forma alternativa de la materia porque ocupa espacio y produce gravedad al igual que la materia con la que estamos familiarizados. De acuerdo con la ley de la naturaleza, la antimateria son cosas que aniquilan el espacio y producen antigravedad. De acuerdo con mi investigación, los agujeros de gusano y los agujeros negros se comieron a los representantes reales de la antimateria, ya que ambos reducen la brecha entre dos ubicaciones distantes al aniquilar el espacio vacío que se encuentra entre ellos y las cosas materiales se vuelven livianas cuando se acercan a ellos. Por lo tanto, el universo evoluciona de la nada con la evolución simultánea de la materia y la antimateria en cantidades iguales y un agujero negro es una gran colección de antimateria que no contiene nada, es decir, ni la materia ni el espacio vacío dentro de él.

Intentar aterrizar en un agujero negro sería como flotar en cualquier otro lugar del espacio, sin la interferencia gravitacional, por supuesto. Todo lo que un agujero negro es, como lo vemos actualmente, es un área grande de gravedad tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar. No hay estado de la materia en el horizonte de eventos, solo oscuridad, por lo que no sentirías absolutamente nada.

Toda la materia consiste en. Un agujero negro por definición es una singularidad que contiene una gran cantidad de materia y su energía enfocada en un punto infinitamente pequeño. No hay cosas elegantes como las estrellas de neutrones, que consisten en un solo tipo de partícula. No tenemos idea de si la materia se convierte en algo diferente (como electrones y protones en neutrones en una estrella de neutrones), pero lo dudo mucho.