¿Es posible tener el horizonte de eventos de un agujero negro sin una singularidad?

Las cosas pueden complicarse un poco en otras situaciones, pero sigamos con el ejemplo más básico: una masa aislada, estacionaria, esféricamente simétrica.

En este caso, la Relatividad General nos dice que las curvas espacio-temporales de acuerdo con la métrica de Schwarzschild. Como resultado, siempre que pueda empaquetar una cierta cantidad de masa [matemática] M [/ matemática] en una región esférica con radio

[matemáticas] r <r_s = \ frac {2GM} {c ^ 2} [/ matemáticas],

felicidades, tienes un agujero negro! No tienes que esperar hasta que forme una singularidad; se comporta de la misma manera independientemente.

En general, dada la suficiente simetría, a la gravedad no le importa cómo se distribuye la masa, siempre que esté fuera de ella . Y, por supuesto, cuanto más te acercas, más intensos se vuelven los efectos gravitacionales. Entonces, la pregunta es, ¿qué tan cerca puedes estar y aún estar fuera de él? Mientras [math] r <r_s [/ math], la respuesta es "lo suficientemente cerca como para que nunca puedas volver a salir".

Este radio, [math] r_s [/ math], se llama Radio de Schwarzschild, y depende de la masa [math] M [/ math] (como se escribió anteriormente). [math] r_s [/ math] es también el radio del horizonte de eventos. Sin embargo, si su masa no es lo suficientemente densa y termina extendiéndose afuera de donde estaría su propio horizonte de eventos, entonces el horizonte de eventos no existe para ese objeto; en el momento en que alcanza ese radio crítico, ya no está fuera de la masa, por lo que las reglas cambian (por ejemplo, la cantidad de masa que en realidad es gravitacionalmente relevante comienza a disminuir).

Tome dos estrellas masivas de neutrones / quark (cada una con una masa individual apenas inferior al límite de Chandrasekhar), orbitando entre sí más cerca (pero por encima de su límite mutuo de Roche) cerca de la velocidad de la luz.
Luego agregue un poco de masa adicional que cae al baricentro desde la normalidad del plano de sus órbitas (para evitar ser capturados inicialmente por las estrellas).

Debido a que la velocidad necesaria que las estrellas necesitan para mantener sus órbitas estables (sin contar las ondas gravitacionales que extraen su energía cinética) es superior a la velocidad de la luz, sus trayectorias se convierten en una espiral de descenso [más el entorno inmediato de la ergosfera se engulle con una rosquilla en forma de horizonte de eventos].

Tan pronto como las estrellas gemelas entren dentro de sus límites de roche, su materia comenzará a caer en el baricentro junto a la “masa extra”; pero necesitarán transferir más de 1/3 de sus masas para comenzar la formación de una singularidad.

La cantidad de tiempo que hay un horizonte de eventos efectivo en el sistema sin una singularidad puede ser muy corto; pero gracias a la dilatación del tiempo, para cualquier observador externo que esté lejos, sería muy largo [si pudieran saber lo que está sucediendo dentro, de alguna manera …]

Podría haber algún límite en la densidad de un agujero negro, pero necesitaremos mejores teorías de la gravedad cuántica antes de poder adivinar qué tan probable es eso.

No. Esto es una consecuencia del teorema muy general de Hawking-Penrose.