¿Cómo puede un agujero negro emitir algo?

Es una especie de camino largo, pero hace que sea más fácil de entender al final, así que comprendamos cómo un agujero negro “absorbe” todo.

La gravedad de un negro es extrema. Esto se conoce comúnmente como la razón por la que nada puede escapar, ni siquiera la luz. Pero el por qué es mucho, mucho más fresco y un poco aterrador.

La gravedad de los agujeros negros es tan poderosa que agarra la estructura del espacio y la envuelve alrededor de la singularidad en el centro a medida que gira. Aquí viene la matemática. Envuelve el espacio con tanta fuerza que comienza a enrollarse alrededor de la singularidad. Cuanto más te acercas a la singularidad, menos trayectorias espaciales te alejan de la singularidad. El “horizonte de eventos” es, literalmente, el punto en el espacio-tiempo apretado donde todas las trayectorias potenciales conducen a la singularidad. Abajo va hacia la singularidad, pero también lo hace izquierda, derecha, adelante, atrás y arriba. Cada posible camino va al fondo. La mecánica cuántica tiene una descripción de una cosa llamada partícula virtual donde existe una partícula que cae en el último segundo antes de que caiga más allá del horizonte de eventos, ya que ambas posibilidades, cayendo más allá y escapando del agujero negro. Estas partículas virtuales son tan reales como el original, de hecho, son el original. Ambas partículas son la misma partícula. Entonces, la partícula virtual que escapa es la “emisión” de un agujero negro y fue descrita por primera vez por el Dr. Steven Hawking, por eso llamamos a esta radiación “Radiación Hawking”.

El agujero negro en sí mismo no emite nada. Sin embargo, podemos esperar 3 tipos de radiación de la región alrededor del agujero negro: la radiación de Hawking, también radiación de la materia ordinaria que cae sobre el agujero negro y se calienta en el proceso, y chorros relativistas. Los tres se crean fuera del horizonte de eventos del agujero negro.

Cuando se trata de la radiación de Hawking, es importante saber que la descripción generalmente dada en términos de pares de partículas virtuales es solo una historia. Como el propio Hawking escribió en el famoso artículo de 1975 sobre el tema, “Debe enfatizarse que estas imágenes del mecanismo responsable de la emisión térmica y la disminución del área son solo heurísticas y no deben tomarse demasiado literalmente”. La mecánica real de la radiación de Hawking Es más complicado y más difícil de entender. Utiliza la teoría del campo cuántico para cambiar el espacio-tiempo curvo de la relatividad general, utiliza la transformación de Bogoliubov para expresar el estado cuántico conocido como vacío antes de que se forme el agujero negro en términos de nuevos modos de campo base que son diferentes después de que hay un agujero negro. En la nueva base, el antiguo estado ya no es el vacío, por lo que contiene algunas partículas. Pero, en cierto sentido, es solo un cambio de perspectiva, la noción misma de partícula depende del observador, al igual que en el efecto Unruh, donde un observador puede ver algunas partículas en el estado que otro observador considera vacío puro.

Los agujeros negros para los que se aplica el teorema del no cabello en los modelos estándar de física no pueden emitir nada. Pero debes entender que existen agujeros negros en el vacío cuántico ya presente. Por lo tanto, incluso antes de que el agujero negro surgiera en una ubicación particular en el espacio-tiempo continuo, ya existían pares de partículas virtuales que aparecían. Lo que cambia con la existencia del agujero negro es el hecho de que estos pares pueden volverse reales de repente a expensas de la energía gravitacional del agujero negro.

Entonces, el agujero negro no emite nada, simplemente paga la deuda del vacío por hacer algo de la nada (“convertir partículas virtuales en partículas reales”). En realidad, la mayoría de las veces las partículas que se hacen realidad por un agujero negro son solo propiedades sin masa o casi sin masa, el problema real ocurre pocos nanosegundos antes de la evaporación completa del agujero negro en este momento, incluso partículas muy masivas como todo el protón puede hacerse realidad

Ofcs esto es solo en física estándar … en física teórica más exótica, de hecho, los agujeros negros que tienen muchos pelos pueden emitir partículas.

Como Jonas Lock ha dicho, ya que los agujeros negros están presentes en un vacío cuántico (en el que los pares virtuales están apareciendo y desapareciendo).

En el tiempo de espacio curvo desde el punto de vista de un observador lejano, la energía necesaria para crear un par de partículas-partículas es menor que la energía requerida para crear dicho par en tiempo de espacio plano (la razón por la cual la creación del par requiere menos energía en el tiempo de curvatura es todavía tienes que pagar energía para sacarla del pozo de gravedad a muy lejos)

entonces, cuando un par de partículas-partículas creadas cerca del horizonte de eventos de un agujero negro y una de las partículas cruza el horizonte de eventos desde el punto de vista de la partícula observadora lejana que cruzó el horizonte de eventos tiene una energía negativa y el otro escapa del negro agujero hasta el infinito, por lo que desde el punto de vista del observador lejano tiene una energía positiva. entonces la suma de las masas del agujero negro y la partícula absorbida (energía negativa) es menor que el agujero negro en sí mismo, por lo que desde el punto de vista de lejos el negro está perdiendo masa (energía) y la energía se escapa en forma de radiación [ 1]

Entonces, el agujero negro en sí no puede emitir nada, la fluctuación cuántica cerca de su horizonte de eventos está causando que sus fugas de masa salgan al mundo exterior.

Notas al pie

[1] Radiación Hawking

El vacío en la mecánica cuántica está lleno de pares aleatorios de partículas-antipartículas (en su mayoría fotones, pero también una pequeña fracción de cosas más pesadas como pares de electrones-positrones) que se forman y recombinan, y la teoría es que ocasionalmente cerca del horizonte de eventos, la mitad del par se caer, dejando la otra mitad sin nada con qué recombinarse.

Blackhole no es negro como lo sugiere Stephen Hawking, quien en su torrente de radiaciones de halcón sugirió que los agujeros negros no son negros ya que emiten radiaciones que también se conocen como radiaciones de halcón. De hecho, en realidad no emiten partículas, sino que es un proceso largo. Cuando se forman partículas en el espacio cerca de un agujero negro en pares. La partícula cerca del agujero negro es arrastrada por su gravedad, mientras que la otra partícula no es la que parece que el agujero negro está emitiendo partículas que no es cierto, ya que no está aspirando a la otra partícula y, por lo tanto, parece traer su circunferencia y dentro de la circunferencia o cerca de su núcleo parece negro.

Los que sí son también conocidos como agujeros blancos y aún no se descubren solo hipotéticos.

Un agujero negro no puede emitir nada directamente.

Lo que puede suceder es que puede absorber algo que lo hace perder masa.

En la radiación de Hawking, la radiación en sí no proviene del interior del agujero negro.

Radiación Hawking