¿Por qué el espacio se dobla por un agujero negro mientras que la masa de la estrella permanece igual?

Al principio voy a simplificar las cosas como si la Ley de gravedad de Newton funcionara. Fuera de una estrella, el campo gravitacional cae como uno sobre la distancia al cuadrado desde el centro de una estrella. Eso significa que el campo gravitacional se vuelve más fuerte a medida que te acercas a la superficie de una estrella. Este campo continúa aumentando durante cierta distancia a medida que se mueve hacia adentro desde la superficie, pero las partes externas de una estrella no contribuyen a la fuerza del campo gravitacional dentro de sus radios. Esto se debe a que una capa esférica uniforme de materia no produce un campo gravitacional neto dentro de la capa.

En consecuencia, la fuerza del campo gravitacional no crece rápidamente a medida que se mueve hacia adentro, y es producida por menos de la masa total de la estrella. Finalmente, el campo gravitacional comienza a disminuir a medida que avanza hacia adentro. De hecho, si la estrella tuviera la misma densidad en todo momento, la intensidad del campo comenzaría a disminuir de inmediato a medida que se mueve hacia adentro desde la superficie.

Ahora encoge la estrella mientras mantienes casi toda la masa. Ahora la superficie está mucho más cerca del centro y debajo de donde habría estado gran parte de la masa de la estrella original. Como toda la masa está dentro de este radio más pequeño, todo contribuye a la intensidad del campo gravitacional en la superficie.

Considere un ejemplo de una estrella que se reduce al uno por ciento de su radio original. El radio anterior es 100 veces el radio nuevo. La razón de los radios al cuadrado sería entonces 100 al cuadrado o 10,000. Como el campo gravitacional depende de uno sobre la distancia al cuadrado desde el centro, ¡la intensidad del campo en la superficie de la estrella encogida sería 10,000 veces mayor que en la superficie original!

¡¡¡Cógelo otras 100 veces y la intensidad del campo gravitacional se vuelve 100,000,000 veces mayor de lo que había sido en la superficie de la estrella original !!

Esta es aproximadamente la diferencia entre una estrella aproximadamente el doble de la masa del sol y una estrella de neutrones de la misma masa.

Para obtener un agujero negro, debes reducir aún más las cosas.

Si bien las ecuaciones de la teoría general de la relatividad darían cifras más precisas que las aproximadas que he presentado, la tendencia básica es la misma que la de la física newtoniana.

No es solo la masa de la estrella lo que importa. La concentración de masas es aún más importante. Piense en las intensidades de campo gravitacional crecientes en superficies cada vez más pequeñas como si fueran curvas de espacio-tiempo crecientes, y tendrá una idea básicamente correcta de lo que sucede con objetos cada vez más compactos de la misma masa.

Estás equivocado … la masa solar que tiene el agujero negro es mucho más que cualquier otro objeto conocido conocido en el universo, excepto que la masa es muy densa o compacta en una región de área pequeña.

ejemplo

El tamaño no importa. Cuál es el efecto de la gravedad que actúa sobre tales cuerpos, la gravedad es demasiado y está aplastando átomos, el espacio entre los átomos disminuye.

El tamaño de un agujero negro se define por su masa. Para una masa dada, hay una longitud llamada radio de Schwarzschild, que es proporcional a la masa.

Cuanto más masivo es un agujero negro, más espacio ocupa. De hecho, el radio de Schwarzschild (que significa el radio del horizonte) y la masa son directamente proporcionales entre sí: si un agujero negro pesa diez veces más que otro, su radio es diez veces mayor. Un agujero negro con una masa igual a la del Sol tendría un radio de 3 kilómetros. Entonces, un agujero negro típico de 10 masas solares tendría un radio de 30 kilómetros, y un agujero negro de un millón de masas solares en el centro de una galaxia tendría un radio de 3 millones de kilómetros. Tres millones de kilómetros pueden parecer muchos, pero en realidad no es tan grande para los estándares astronómicos. El Sol, por ejemplo, tiene un radio de aproximadamente 700,000 kilómetros, por lo que el agujero negro supermasivo tiene un radio solo cuatro veces mayor que el Sol.

Lo que importa es la relación entre la masa y el radio. El horizonte de eventos (radio de Schwarzschild) es de 3 kilómetros x la masa en masas solares.

El Sol es obviamente mucho más grande y su radio Schwarzschild es de solo 3 kilómetros. Las enanas blancas tienen masas inferiores a 1,5 masas solares, son aproximadamente del tamaño de la Tierra, también mucho más grandes que sus radios Schwarzschild de menos de 5 km. Las estrellas de neutrones tienen masas de 1 a 2 o más masas solares, por lo que los radios de Schwarzschild de 3 a 6 kilómetros más o menos, y se están acercando al borde, ya que se cree que los tamaños típicos (radios reales de estrellas de neutrones) son alrededor de 10 kilómetros .

Agrega una masa de enana blanca sobre una estrella de neutrones y la combinación debería colapsar en un agujero negro.

Masas de estrellas de neutrones observadas

La masa permanece igual pero esa masa total se acumula en un punto muy pequeño. El radio de la estrella disminuye. Si queremos hacer un agujero negro usando la masa de nuestro sol, entonces tenemos que aplastar el sol igual que una ciudad en la tierra. Toda la masa de sol se almacenará en una esfera del tamaño de la ciudad.

Se explica perfectamente en este video …