¿Cómo podemos estar seguros de que hay una singularidad en el centro de un agujero negro? ¿Por qué no una gran estrella de neutrones?

No hay singularidad en el centro de un agujero negro.

Una singularidad es algo que sucede cuando extrapolamos nuestras ecuaciones a un régimen más allá de donde son aplicables, y alcanzamos una división por cero. La falla está en nuestras ecuaciones, no en el universo real. Una singularidad solo significa que nos falta conocimiento; en este caso, probablemente, una teoría de la gravedad cuántica.

Para las estrellas de neutrones, podemos extrapolar nuestras ecuaciones al centro sin ningún problema. Claro, no sabemos la ecuación de estado exacta, o la composición interna exacta, estas son preguntas que se están investigando ahora, y tenemos buenas limitaciones.

Pero más fundamentalmente, las ecuaciones no se dividen en ceros divididos dentro de una estrella de neutrones. Por lo tanto, no aparece ninguna singularidad en nuestras ecuaciones, por lo tanto, es probable (aunque no está garantizado) que sean válidas.

NO sabemos con certeza que haya una singularidad en el centro de un agujero negro. La singularidad es una predicción de las ecuaciones de la relatividad. Inferimos la singularidad esencialmente porque, según lo que sabemos sobre las leyes del universo físico y las condiciones dentro de un agujero negro, nada más que una singularidad puede existir allí.

Pero la singularidad de un agujero negro, una región del espacio-tiempo que es muy pequeña y dentro de la cual la gravedad es muy fuerte, es un lugar donde tanto la mecánica cuántica como la relatividad deberían aplicarse, pero dan resultados diferentes. Como solo hay una realidad, esto significa que al menos uno de ellos debe estar equivocado o incompleto (y probablemente ambos). Esta es una de las mayores fronteras sin resolver de la física moderna.

La singularidad del agujero negro tampoco es la primera vez que surge una singularidad matemática de las ecuaciones que hemos desarrollado para describir nuestro universo. En cualquier otro caso anterior, la singularidad matemática resultó no corresponder a un fenómeno real, sino más bien una indicación de que nuestra descripción matemática del proceso en cuestión no estaba completa.

En otras palabras, nuestras teorías científicas y las matemáticas que usamos para describirlas son aproximaciones de la realidad, cuya precisión podemos probar. Debido a que son aproximaciones, pueden desviarse de la realidad en condiciones extremas. Esta desviación nos proporciona evidencia que nos ayuda a refinar nuestras aproximaciones, haciendo que describan la realidad con mayor precisión.

La singularidad del agujero negro que emerge de las ecuaciones de la relatividad general puede ser otro indicio de que existe una teoría más profunda y más completa, aún no descubierta, de la cual la relatividad general es una aproximación y es totalmente posible que, en realidad, en realidad no hay singularidad dentro del horizonte de eventos de los agujeros negros.

Intentemos hacer esto intuitivo. Utilizamos un agujero negro estático eterno sin carga no giratorio. Esto da lugar a la métrica de Schwarzchild. En la región más cercana al “centro” que el horizonte de eventos, la dimensión radial se vuelve temporal. El “centro” es ahora el futuro, y no podemos alejarnos del futuro. Alejarse del “centro” como alejarse del futuro es imposible. Es por eso que incluso la luz no puede escapar, “lejos” ya no es una dirección posible.

La columna de material debajo de ti empuja hacia arriba evita que caigas al centro de la tierra. Puede empujar porque los diversos electrones y nucleones son capaces de vibrar en su dirección, ofreciendo ese empuje.

Lo mismo ocurre con una estrella de neutrones: son más compactos, pero todavía existe la dirección “lejos del centro”, por lo que esos neutrones aún pueden moverse y retroceder.

Bajo el horizonte de eventos, no hay “distancia” para hacer ese impulso. La única dirección posible es hacia el centro. Ya no hay presión.

¿Quién conoce el estado de la materia y la energía dentro? No tenemos la física para esto. Pero ciertamente no es nada que reconozcamos como cuerpo.

A pesar de la forma en que a los escritores de ciencia populares les gusta hablar de ellos, las singularidades no son objetos. No existe tal cosa física como “una singularidad”.

Lo que es una singularidad es un punto donde, según las matemáticas, cierta cantidad se vuelve infinita. Como esto no es realmente posible, en la medida en que entendemos las cosas, lo que significa una singularidad es que hay una falla en nuestra comprensión actual.

Un agujero negro tiene una singularidad. Todo lo que significa es que nuestras teorías están incompletas, y no podemos predecir cómo son las cosas dentro de un agujero negro.

Eso es. Cualquier otra cosa que alguien diga sobre cómo podría ser el interior de un agujero negro es simplemente especulación .;

Sabemos que una vez que una estrella alcanza un tamaño determinado cuando se derrumba, no se detendrá hasta convertirse en una estrella de neutrones; podemos calcular las propiedades del sólido de neutrones que forma una estrella de neutrones y sabemos que una vez que estas estrellas superen un tamaño determinado (alrededor de 3 veces el tamaño de nuestro sol) el colapso gravitacional eventual no se detendrá en ese sólido de neutrones, la presión debido a la gravedad es simplemente demasiado fuerte. y superará incluso la fuerza interna de ese sólido de neutrones.

En realidad, no sabemos qué hay dentro de un agujero negro, aunque generalmente se acepta que no hay un estado de la materia que sea más fuerte que el sólido de neutrones que pueda detener el colapso y, por lo tanto, la única conclusión lógica es que toda la masa debe colapsar a nada.

Nota: Por “nosotros” me refiero a los astrofísicos humanos, no a mí, no soy tan inteligente.

No hay evidencia de que haya una singularidad en el centro de un Agujero Negro.

Nadie sabe exactamente qué hay en el centro de un agujero negro e incluso qué hace.

¿Por qué no una estrella de neutrones? … ¡Gravedad!

Digamos que tenías una enana blanca. Una enana blanca es básicamente una estrella muerta. El brillo que emite se debe a la fricción atómica. Debido a su masa, los protones y los electrones, los mismos átomos, se comprimen tanto que la Fuerza Electromagnética intenta mantenerlos separados, y así se crea una especie de fricción atómica.

Si colocaras una estrella como nuestro Sol lo suficientemente cerca de ella, la Enana Blanca comenzaría a alimentarse de la estrella. Devorando su materia hasta que, la Enana Blanca se convirtió en una estrella de neutrones. Y se convertiría en uno, debido al aumento de masa. A medida que la masa de la Enana Blanca llegaba a cierto punto, los protones y los electrones ya no podrían mantenerse separados, y se fusionarían para convertirse en neutrones. Creando así una estrella de neutrones.

La estrella de neutrones continuaría devorando materia de la estrella vecina y, a medida que su masa continuara aumentando, eventualmente incluso los neutrones ya no podrían mantenerse separados. Lo que significa que incluso los neutrones se fusionarían. Y en ese momento se formaría un Agujero Negro.

Entonces sabemos que no es nada de neutrones. Pero tampoco sabemos qué se crea exactamente.

Algunos creen que dada una fuerza gravitacional del Agujero Negro, es lógico que su núcleo esté hecho de algo que es más elemental que incluso Quarks.

Entonces sabemos lo que no es el núcleo, pero tampoco sabemos qué es.

Para que ese sea el caso, tendría que haber algún mecanismo que detenga el colapso después de que haya pasado el punto de convertirse en un agujero negro.

Por desgracia, no se conoce ese mecanismo: todas las fuerzas conocidas (repulsión electromagnética, exclusión de Pauli, etc.) ya se han visto superadas antes de que se convierta en un agujero negro. Por lo tanto, no tenemos más remedio que asumir que el colapso continúa hasta una singularidad.

Eso no quiere decir que no pueda haber algún mecanismo que aún desconozcamos, pero debe proponer un mecanismo concreto con propiedades comprobables. No puedes simplemente desear que exista porque realmente no te gusta lo que sucede sin él.

Para mí, no existe tal cosa como “infinito” al describir algo en nuestro universo. Esto es lo que la singularidad parece insinuar. La materia, en el estado de fusión, está tan energizada como la materia puede estar. Los agujeros negros se crearon a partir de la misma masa que cualquier otro objeto de nuestra galaxia. El agujero negro se forma primero cuando se parte del disco a partir del cual se formarán las estrellas en una galaxia espiral. Es simplemente una masa de plasma que no podemos ver. No podemos verlo porque emite energía más poderosa que la luz pero no la luz misma. Realmente no es diferente a nuestro sol.

Nosotros no

Lo que sucede es que aplicamos la mecánica newtoniana ordinaria a lo que hay dentro. En realidad, no importa.

La gravedad de la tierra es idéntica, independientemente de una esfera rocosa o un agujero negro de 17.72 mm de diámetro. Podemos condensar una y tres dimensiones en puntos, pero no cualquier otro número.

No sabemos qué hay en el centro de un agujero negro, o incluso si hay un “punto central” en el significado generalmente aceptado del concepto.

Al aplicar los conceptos de gravitación de Einstein, el resultado resulta en un resultado aparentemente imposible al que nos referimos como una “singularidad”. Aquí es donde los físicos dicen que las matemáticas detrás de la física clásica “se descomponen” y por qué buscamos una teoría más profunda que sea capaz de explicar racionalmente lo que está sucediendo dentro de un agujero negro.