¿Cuánto dura un agujero negro?

Supongo que el OP está familiarizado con las constantes c , G y ћ .

La “evaporación” de Hawking es una hipótesis cuestionable, pero según las matemáticas de Sir Roger Penrose , la “vida útil” de un BH (en segundos) se calcula como:


donde M es la masa del agujero negro y M ʘ es la masa de nuestro sol (fuente: Cycles of Time (Roger Penrose, 2010), p 179 (no se explica el factor 2 × 10 ^ 67 )).

Wikipedia ( radiación de Hawking ) ofrece esta fórmula (para un BH de una masa solar):


Lo que equivale aproximadamente a 2 × 10 ^ 67 años (¡la constante en la fórmula de Penrose! ¿Coincidencia?) … suponiendo que nada haya sido “absorbido” por el BH durante todo este tiempo, lo que parece bastante improbable.

Nuevamente, no se ofrece ninguna explicación para el término 5120 (¿cómo se deriva? ¿De dónde viene?).

Ambas fórmulas, aunque radicalmente diferentes (Penrose usa física clásica, la fórmula de Wikipedia usa física cuántica), arrojan resultados prácticamente idénticos . Lo cual es interesante, considerando que la fórmula clásica usa un término constante de 2 × 10 ^ 67.

Para obtener una ingeniosa “Calculadora de agujeros negros”, consulte la ” Calculadora de radiación de Hawking ” de Jim Wisniewski (o descargue mi libro de Excel Propiedades del agujero negro (.xlsx))

El tiempo que tarda un agujero negro en evaporarse depende de qué tan grande sea. Cualquier agujero negro que se formó por el colapso de una estrella aumentará en masa al absorber la radiación de fondo de microondas, más cualquier otra partícula que se acerque demasiado.

Sin embargo, eso no significa que ningún agujero negro se evapore nunca. Pequeños agujeros negros, formados en el Big Bang, podrían evaporarse. Cuanto más pequeños son, más rápido se evaporan. En los momentos finales liberan una gran cantidad de energía. El problema con lo anterior es que nunca se ha demostrado que existan estos pequeños agujeros negros. Tampoco se ha observado este destello de energía.

Los agujeros negros grandes no se evaporarán hasta que la temperatura del universo caiga mucho más cerca del cero absoluto. Luego, durante miles de millones de años, se evaporarán lentamente.

¿Por qué se evaporan? Se evaporan debido a la radiación de Hawking. Una partícula puede estar en cualquier lugar dentro de un área determinada. Esto podría incluir un área fuera del agujero negro. Entonces sería capaz de escapar. Cuanto más pequeño es el agujero negro, mayor es la probabilidad de que una partícula pueda escapar.

Ref: Radiación Hawking – Wikipedia

Responda con algo de física de agujeros negros …

Respuesta: … Nadie lo sabe.

¿De dónde viene la idea de la vida útil del agujero negro?

Los agujeros negros se evaporan. Esta es una consecuencia necesaria tanto de la relatividad como de la teoría cuántica de campos.

La velocidad a la que se evaporan los agujeros negros es proporcional a su temperatura, llamada temperatura de Bekenstein-Hawking.

Un pequeño agujero negro (20 masas solares) tendría una temperatura de 3 billonésimas de un grado C por encima del cero absoluto, y cuanto más grandes sean, más frías estarán.

Trabajé algunos de los detalles matemáticos aquí:
La respuesta de Harry McLaughlin a ¿Por qué los agujeros negros se evaporan más rápido a medida que se hacen más pequeños?

El universo es más caliente que la mayoría de los agujeros negros.

El universo tiene una temperatura CMB de casi 3K, lo que significa que el universo es mil millones de veces más caliente que la mayoría de los agujeros negros.

Por lo tanto … los agujeros negros no pueden evaporarse porque la entrada del CMB excede la salida radiativa del agujero negro.

Los agujeros negros deben esperar a que el universo se enfríe.

¿El futuro?

La escala de tiempo para la evaporación de agujeros negros de baja masa es aproximadamente 57 órdenes de magnitud mayor que la edad del universo, y aún más larga para agujeros negros más grandes. Los cálculos son conducidos por la física de partículas y el campo gravitacional local del agujero negro.

Lo que no está incluido, por supuesto, es la evolución del universo mismo, una evolución impulsada actualmente por una constante cosmológica no nula, cuya naturaleza no sabemos casi nada. Por mucho que nos gustaría poder predecir el destino final del universo, no podemos hacer eso en este momento.

Suponiendo que no ocurra nada dramático en nuestro espacio-tiempo en los próximos [matemáticos] 10 ^ {100} [/ matemáticos] años, y si lo que sabemos de los agujeros negros no cambia la forma en que modelamos su evolución, entonces los agujeros negros de baja masa durarán hasta [matemática] 10 ^ {43} [/ matemática] años y la mayor duración hasta [matemática] 10 ^ {100} [/ matemática] años.

Considerando la radiación de Hawking tenemos:

[matemáticas] T = 8.3 \ cdot 10 ^ {- 17} M ^ 3 s [/ matemáticas]

Consideremos que el BH ha dejado de absorber materia.

Una pequeña, con una masa del Sol duraría [matemáticas] 2.07 \ cdot 10 ^ {67} [/ matemáticas] años

Una supermasiva con 1 millón de masas solares duraría [matemáticas] 2.07 \ cdot 10 ^ {85} [/ matemáticas] años

El universo tiene aproximadamente [matemática] 1.3 \ cdot 10 ^ {10} [/ matemática] años, entonces, absolutamente y ridículamente inimaginable gran cantidad de tiempo.

Hay 2 teorías. La primera es que un BH es como un sumidero en el que fluyen los restos y restos del universo, o más bien es absorbido por la gravedad. El problema aquí es, aparte de la tontería de la proposición, es que las cosas grandes que se arremolinan en el espacio no obedecen las reglas que nuestros inodoros obedecen cuando se descargan. El exterior suena y el interior

suena eso. Probablemente oxidado bien, comida para hoyo6

Un agujero negro tiene el potencial de durar miles de millones de años, sin embargo, lo que realmente determina cuando un agujero negro comienza a evaporarse debido a la radiación de Hawking es el tamaño del agujero negro. Los agujeros negros más grandes vivirán más y morirán más lentamente que los más pequeños.