¿Cómo supera la gravedad el principio de exclusión de Pauli en el colapso del agujero negro?

Su pregunta supone que una estrella de neutrones en colapso todavía está compuesta de neutrones. Sabemos que ese no es el caso, pero no sabemos en qué se convertirán los neutrones. Nuestra mejor suposición son los bosones de un tipo u otro, pero no podemos decir cuál. No podemos hacer los experimentos para descubrir qué bosones serían esos, y no podemos hacer cálculos matemáticos sobre interacciones fuertes para predecir el resultado.

Cuando un núcleo estelar suficientemente masivo se colapsa al comienzo de una explosión de supernova, la presión de degeneración de electrones en el núcleo de hierro falla, y se vuelve más energéticamente favorable para que los protones y electrones se combinen en neutrones, emitiendo rayos gamma y antineutrinos electrónicos en el proceso , soplando las capas externas de la estrella. Así que no queda hierro, ni electrones, ni presión de degeneración de electrones, y estamos en el ámbito de la presión de degeneración de neutrones.

Cuando un núcleo estelar aún más grande colapsa, la presión de degeneración de neutrones falla y los neutrones tienen que convertirse en otra cosa, probablemente bosones de un tipo u otro, de modo que no quede presión de degeneración de ningún tipo, y casi toda la estrella se colapsa. Un agujero negro.

También es posible formar un agujero negro agregando materia a una estrella de neutrones, o haciendo que dos estrellas de neutrones colisionen o se fusionen. Esperamos detectar ondas gravitacionales de tales eventos, ahora que hemos observado fusiones de agujeros negros.

Se ha conjeturado que las estrellas de neutrones podrían sufrir algunas otras transiciones si se le agrega materia gradualmente. Algunos de los quarks arriba y abajo en los neutrones (udd) pueden convertirse en quarks extraños, produciendo varios barones extraños como uds (partícula Lambda), uus (Sigma [matemáticas] _ + [/ matemáticas]), dds (Sigma [matemáticas] ]_-[/matemáticas]). No sabemos si este es el caso, y no sabemos qué partículas se formarían. Estarían sujetos a la PEP por su propia cuenta, por lo que en alguna degeneración masiva de bariones la presión de cualquier tipo en estrellas tan extrañas fallaría, y las estrellas extrañas también colapsarían en agujeros negros, y los extraños hadrones también se convertirían en bosones de algún tipo.

No hay contradicción, el principio de exclusión aún se aplica; cada fermión simplemente ocupa un estado de momento diferente. En un colapso del agujero negro, la gravedad no supera la mecánica cuántica, simplemente supera la presión de las partículas cada vez más rápidas (que no pueden caer en estados de menor momento porque ya están llenas).

No olvide que se pueden formar agujeros negros muy grandes a partir de materia completamente ordinaria, materia a densidades menores que la densidad de la tierra. Entonces, en este caso, el principio de exclusión de pauli solo se aplicaría a la materia después de que se haya formado el agujero negro, en otras palabras, cuando la materia haya pasado el horizonte. En ese momento no podemos decir qué sucede ni importa a los observadores fuera del horizonte.

Para algo como la colisión de dos grandes estrellas de neutrones, su pregunta tiene sentido. Creo que la respuesta de Stephen Selipsky se aplica en ese caso.

Después de que se forme el agujero negro de acuerdo con los observadores en el exterior, la materia en el interior continuará colapsando hasta convertirse en una singularidad: la gravedad domina a cualquier otra fuerza en la naturaleza. Por ejemplo, la observación de ondas gravitacionales LIGO en septiembre de 2015 mostró energía gravitacional 10 órdenes de magnitud más alta de lo que es posible con el electromagnetismo.