¿Cómo es que los agujeros negros no tienen masa infinita?

No hay “aceleración” a la velocidad de la luz cuando un objeto cruza el horizonte de eventos, por lo que su “masa” no llega al infinito y su “masa” añadida al agujero negro no hace que un agujero negro tenga masa infinita.

Para un observador lejano, el objeto que cae en realidad parece disminuir la velocidad y detenerse en el horizonte de eventos porque la dilatación del tiempo gravitacional hace que el tiempo se detenga desde el punto de vista del observador lejano.

Para un observador en el objeto que cae, no hay aceleración ni velocidad aparente. Siempre se sienten en un marco de referencia inercial al cruzar el horizonte de eventos.

Además de todo esto, la idea de que la masa aumenta con la velocidad no es una forma útil de considerar la relatividad especial. La masa en reposo de un objeto es siempre la misma y no depende del movimiento relativo. Un cuerpo que se mueve en relación con un marco inercial tiene energía cinética medida a partir de ese marco inercial, eso es lo único que tiene sentido decir. Esa energía cinética extra no significa que tenga una masa más alta.

A partir de su pregunta, estoy seguro de que reconoce que la idea de que un agujero negro se define por la velocidad de escape no es realmente correcta, ni es el caso de que un objeto que cae atraviese el horizonte de eventos a la velocidad de la luz. De hecho, el tiempo se vuelve muy extraño cerca del horizonte de eventos, y un observador externo que no está cayendo no observará nada para cruzar el horizonte de eventos.

Pero en relación con ese observador externo, sí vemos enormes cantidades de energía liberadas a medida que las cosas caen en un agujero negro. Los agujeros negros son comedores muy desordenados (así es como tratamos de detectarlos) y gran parte de la energía del material que cae en él se liberará como radiación electromagnética y gravitacional.

La fuente de esa energía es la masa que cae . No se está creando nueva energía, más bien esa energía siempre estuvo presente en el campo y en la masa restante del material. Entonces, si una masa de 1.0 kg cae en un agujero negro, irradiando el equivalente de 0.2 kg de energía en el proceso, entonces la masa del agujero negro aumenta en 0.8 kg. La energía se conserva en esta situación.

Estamos acostumbrados a la idea de que la masa de un átomo es menor que la masa de las partículas que entran en él, debido a la energía liberada (si no, hay respuestas al respecto en quora, incluida una que escribí). ¡Pero lo mismo es cierto para los agujeros negros! La masa del agujero negro es menor que la masa de los objetos que caen en él, por la cantidad de energía liberada en el proceso.

Esta es la razón por la cual la primera colisión de agujeros negros medida por LIGO involucró un agujero negro de 29 masas solares que se fusionó con un agujero negro de 36 masas solares solares para crear un agujero negro de 62, no 65, masa solar … 3 masas solares se ‘perdieron’ cuando se liberaron energía.

Lo mismo sucede con CUALQUIER COSA que cae en un agujero negro (¡aunque las cantidades reales de energía liberadas serán menores!) La energía se convierte de una forma a otra, pero no se crea de la nada. Incluso con agujeros negros.

¡Entonces el agujero negro no es un creador de energía sino una forma más de convertir la masa en reposo en otras formas de energía!

(Nota: todo esto se ve desde fuera del horizonte de eventos … dentro hay opiniones contradictorias. Recuerdo algunos trabajos que afirman que la masa de la singularidad, vista desde dentro del horizonte de eventos, sería mucho mayor que la masa observada desde fuera de él. Pero no he visto nada reciente sobre eso y puede haber sido refutado. ¡No estoy lo suficientemente arriba en esta investigación como para decirlo!)

Bueno, yo solía pensar que ellos también. Luego le pregunté a mi profesor de física y él me dio una breve pero excelente respuesta a la pregunta que me estás haciendo.

Los agujeros negros son básicamente el resultado de la muerte de inmensas estrellas.

Cuando una estrella masiva muere, el gas se libera en una supernova. Parte del gas es atraído nuevamente debido a la atracción gravitacional masiva debido a la masa de la estrella. Cuando esto sucede, se forma una estrella de neutrones. Una estrella de neutrones es una estrella, aunque mucho más densa; no ocurre fusión; libera dos estallidos de rayos gamma a cada lado; y hay un estado diferente de la materia: Quark Gluon Plasma.

Cuando una estrella supermasiva muere, el gas todavía se libera en una supernova, sin embargo, se atrae más gas nuevamente ya que hay más gravedad como la que habría en una estrella masiva. Esto resulta como una estrella de neutrones pero más pequeña y más densa. La estrella de neutrones es tan pequeña, de hecho, es más pequeña que su propio horizonte de eventos: el punto donde la gravedad es tan fuerte que la luz no puede escapar. El horizonte de eventos cubre la estrella de neutrones y hace que la estrella se vea negra (ya que el horizonte par es negro (ya que no se escapa la luz)). A estos los llamamos agujeros negros.

Como resultado, los agujeros negros son básicamente estrellas de neutrones pero más pequeñas que su horizonte de eventos. Es posible que las estrellas de neutrones regulares tengan un horizonte de eventos, pero simplemente invisibles ya que están cubiertas por la estrella de neutrones. Entonces, esto no hace que un agujero negro consista en una densidad infinita, obviamente es muy, muy alto.

PD: Es muy desafortunado, pero los agujeros negros no son tan geniales. Por supuesto, la atracción gravitacional de ellos es absolutamente enorme, pero no llevan nada a otras dimensiones. La masa absorbida se convierte en parte de la estrella dentro del horizonte de eventos, que llamamos Singularidad.

Justo en la aceleración.

La masa no cambia con la velocidad, la energía total sí. Dado que la energía derivada del agujero negro y la masa externa, el total debe ser menor o igual que la energía total inicial del bulto de materia y el agujero negro.

Puede tener algo que ver con el hecho de que la masa es una función del campo de Higg. Yo especularía que puede que no haya un Campo de Higg reducido o disminuido dentro de un agujero negro donde debería estar la singularidad. ¿Alguien quiere comentar sobre esa idea?