Cuando la luz golpea el horizonte de eventos de un agujero negro, ¿se dirige principalmente hacia el centro o orbita?

Seguirá el camino recto (es decir, geodésico) que estaba siguiendo, en cualquier ángulo que su camino encontrara el horizonte.

La naturaleza del espacio-tiempo probablemente no sea demasiado exótica en el horizonte, especialmente para los agujeros negros grandes, pero se distorsiona cada vez más a medida que se acerca al centro, y probablemente no podamos entender realmente su naturaleza y qué “dirección en 3D” espacio “significa cuando nos acercamos mucho al centro. El espacio seguramente es algo bastante diferente al espacio exterior.

Pero visto desde afuera de todos modos, vemos (en sentido figurado) un horizonte esférico y podemos inferir cuál sería el centro de esa esfera en nuestro espacio externo. Podemos imaginar la ubicación del centro, incluso si lo que realmente sucede allí dentro está muy alejado de nuestras coordenadas y geometría del espacio externo.

Entonces, al menos desde nuestra perspectiva externa, podemos suponer que la luz seguirá un camino geodésico desde la dirección de donde venía y con destino, lo que inferimos como el centro de la esfera del horizonte.

La luz que se aproxima a un horizonte de eventos parecerá doblarse lejos de él debido a la deformación extrema del espacio-tiempo. Pero a menos que apunte exactamente a la dirección correcta, entrará.

Hay varias órbitas de “filo de cuchillo” que puede tomar un haz de luz, si se apunta correctamente. En estas órbitas se doblará a medida que entra en espiral, sale y luego vuelve a salir en espiral. Creo que Kip Thorne mencionó que un agujero negro que no gira tendrá catorce de esas órbitas.

Ninguno. Gira en espiral hacia el núcleo conservando el momento angular hasta el final, a menos que originalmente se apunte exactamente al centro, lo que permite arrastrar el marco.

La órbita estable más interna alrededor de un agujero negro está a 1.5 veces el radio de Schwarzschild.

La luz orbita un agujero negro en un lugar llamado esfera de fotones, que se encuentra por encima del horizonte de eventos. Entonces, para responder a su pregunta, después de que la luz llega al horizonte de eventos, la mayoría cae directamente a la singularidad.
¿Puede la luz orbitar un agujero negro?

Seguiría una órbita espiral hacia la singularidad si alcanza el horizonte de eventos en un ángulo que no sea perpendicular, a menos que, por supuesto, el ángulo esté cerca de los 90 grados, donde no podría completar ni una sola órbita y terminar en el singularidad.

Solo si el rayo de luz golpea el horizonte de eventos en un ángulo perpendicular.

Orbita (más o menos), aunque no es exactamente una órbita.