¿Cuál es la cantidad mínima de masa necesaria para crear un agujero negro?

Un agujero negro es una entidad compuesta por una masa altamente concentrada en un espacio muy finito (por lo tanto, de inmenso tirón gravitacional).
Cualquier cosa en todo este universo puede convertirse en un agujero negro (al menos hipotéticamente) y este concepto fue introducido por primera vez por Karl Schwarzschild (Karl Schwarzschild). Articuló la condición requerida para que un objeto sea un Agujero Negro. La condición es la siguiente: “Después del colapso a la etapa de la estrella de neutrones, las estrellas con masas de menos de 2-3 masas solares deben seguir siendo estrellas de neutrones , irradiando gradualmente su energía, porque no existe un mecanismo conocido para una mayor combinación, y las fuerzas entre neutrones evitan un mayor colapso. Pero esta fuerza de neutrones es la última resistencia, y nuestros mejores cálculos indican que esta repulsión que previene el colapso no puede resistir la fuerza de gravedad de masas mayores de 2 a 3 masas solares. Tales estrellas de neutrones colapsarían hacia la extensión espacial cero, hacia una “singularidad”. Una vez que colapsaron más allá de cierto radio, el “ horizonte de sucesos “, incluso la luz no pudo escapar: agujero negro “. [Fuente: http: //hyperphysics.phy-astr.gsu …]

Además, introdujo el concepto de Radio Schwarzchild:
“Cualquier masa puede convertirse en un agujero negro si se colapsa hasta el radio de Schwarzschild, pero si una masa supera un valor crítico entre 2 y 3 masas solares y no tiene un proceso de fusión para evitar que se colapse, entonces las fuerzas gravitatorias solo hacen que el colapso hacia un agujero negro inevitable. Hacia abajo de la degeneración de electrones , sobre la degeneración de neutrones pasada y luego más allá del radio de Schwarzchild para colapsar hacia la extensión espacial cero – la singularidad. El radio de Schwarzschild (horizonte de eventos) simplemente marca el radio de una esfera más allá que podemos no recibe partículas, ni luz, ni información.
”
Fuente: http: //hyperphysics.phy-astr.gsu …
.
Fuente: http: //hyperphysics.phy-astr.gsu …

Gracias…

Aproximadamente 21,77 microgramos.

Se produce un agujero negro cuando la velocidad de escape es mayor que la velocidad de la luz. Podemos afectar la velocidad de escape ajustando la masa o el radio. Entonces, un agujero negro no se trata tanto de tener mucha masa, sino de tener mucha densidad.

El agujero negro más pequeño sería aquel en el que el radio del horizonte de sucesos (radio de Schwarzschild) sea igual a la longitud de onda de Compton de la masa, que es el tamaño más pequeño en el que se puede localizar una masa determinada.

Schwarzschild = deBroglie

[matemáticas] \ frac {GM} {{c} ^ {2}} = \ frac {\ hbar} {Mc} [/ matemáticas]

Resuelve para M

[matemáticas] M = \ sqrt {\ frac {\ hbar c} {G}} [/ matemáticas]

donde M es la masa del agujero negro, c es la velocidad de la luz, G es la constante gravitacional y hbar es la constante de Planck reducida.

[matemáticas] M = \ sqrt {\ frac {(1.0545 \ veces 10 ^ {- 34}) (299792458)} {6.6738 \ veces 10 ^ {- 11}}} [/ matemáticas]

Si estás hablando de los agujeros negros formados por el colapso del núcleo de una estrella, primero debes saber algunas cosas.
La gravedad es una propiedad de la materia que siempre intenta colapsarla en un volumen infinitesimalmente pequeño (volumen con radio de longitud de tabla). Se considera que dicho objeto tiene un volumen cero y se lo denomina objeto de singularidad.
Lo único que nos impide colapsar en singularidades son las diferentes fuerzas contrarias.
Para cualquier cuerpo con una masa inferior a 2.46 * 10 ^ 28 (13 jupiter), la repulsión molecular y atómica es más que suficiente para prevenir el colapso gravitacional pero, como la masa es superior a 13 jupiter, esta fuerza opuesta falla y la nube de electrones de todos los elementos presentes en el cuerpo se fusiona para formar metales libremente conductores como los cuerpos. La repulsión del núcleo estabiliza la gravedad entonces.
Después de 75 masas de Júpiter, incluso esto no puede evitar el colapso y los núcleos comienzan la fusión, convirtiendo el cuerpo en una estrella (75 M de Júpiter es el límite inferior de la estrella). La energía de radiación contrarresta la fuerza de colapso gravitacional (se llama tirón de gravedad de radiación).
Desafortunadamente, una vez que el proceso de fusión produce paso a paso los núcleos de hierro, la fusión posterior no puede producir energía, es decir, radiación, y el núcleo de la estrella comienza a colapsarse. Las capas externas están sombreadas explosivamente mientras el núcleo se derrumba.
Ahora, donde el núcleo necesita detener el colapso depende de la masa del núcleo. Sun, que tiene una masa de 1017 Júpiter, tiene un 53% de su masa en el núcleo. O bien, el núcleo es 0.53Msun.
Hay tres resultados en un colapso del núcleo basado en la masa del núcleo:
1. La fuerza opuesta del colapso gravitacional enano blanco es la repulsión protón-protón y electrón-electrón. La estrella es metálica. La masa límite es 1.39Msun (límite de Chandrasekhar). Límite de masa de estrella original: 7.5 a 9 ms.
2. La fuerza opuesta del colapso gravitacional de la estrella de neutrones es la fuerza de repulsión de neutrones y neutrones. 1.39Msun Masa estrella original: 8-18 ms.
3. Agujero negro: no hay suficiente fuerza de oposición del colapso gravitacional. El resultado es la singularidad (partícula de radio del tablón).
Requisito: Masa del núcleo> = 3Msun.
Masa estelar original> = 19Msun

Espero que esto ayude.

Versión corta : una estrella fría (no más ardiente como el Sol) más ligera que 2.765 × 10 ^ 30 kg no formará un agujero negro.

Esto se encuentra en el libro Una breve historia del tiempo de Stephen Hawking. Estoy seguro de que sabes quién es.

“Para comprender cómo se podría formar un agujero negro, primero necesitamos comprender el ciclo de vida de una estrella. [… quema de estrellas y esas cosas …] Este calor adicional también aumenta la presión del gas hasta que sea suficiente para equilibrar la gravedad. atracción, y el gas deja de contraerse. Es un poco como un globo: hay un equilibrio entre la presión del aire en el interior, que está tratando de hacer que el globo se expanda, y la tensión en el caucho, que está tratando de hacer que globo más pequeño. Las estrellas se mantendrán estables durante mucho tiempo, con el calor de las reacciones nucleares equilibrando la atracción gravitacional “.

=> Las estrellas se quedarán sin combustible => dejarán de arder => no más calor para contrarrestar la gravedad => comenzar a contraerse => Agujero negro

“La idea era esta: cuando la estrella se vuelve pequeña, las partículas de materia se acercan mucho, por lo que de acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, deben tener velocidades muy diferentes. Esto hace que se alejen unas de otras y tienden a producirse la estrella se expande. Por lo tanto, una estrella puede mantenerse a sí misma en un radio constante mediante un equilibrio entre la atracción de la gravedad y la repulsión que surge del principio de exclusión, al igual que antes en su vida la gravedad estaba equilibrada por el calor “.

=> Mayor densidad => mayor tendencia a extenderse => todavía puede contrarrestar la gravedad sin quemar => sin contracción => Sin agujero negro (límite inferior)

“Hay un límite para la repulsión que puede proporcionar el principio de exclusión. La teoría de la relatividad limita la diferencia máxima en las velocidades de las partículas de materia en la estrella a la velocidad de la luz. Esto significa que cuando la estrella se volvió lo suficientemente densa, la repulsión causada por el principio de exclusión sería menor que la atracción de la gravedad “.

=> Demasiado denso => ​​extensión insuficiente para contrarrestar la gravedad => todavía se contrae => Agujero negro (límite superior)

“Chandrasekhar calculó que una estrella fría {que no quema cosas} de más de una vez y media la masa del sol no podría sostenerse contra su propia gravedad”.

=> Conocido como límite de Chandrasekhar: 2.765 × 10 ^ 30 kg
– Si una estrella fría es más pesada que esto => sí, formará un agujero negro
– Si es más ligero, no.

Todas las otras respuestas pueden ser correctas, pero interpreté la pregunta más como ” ¿Cuánta masa se necesitaría para hacer el agujero negro más pequeño posible?”, Así que responderé la pregunta en ese sentido.

Básicamente, tomé la ecuación para calcular el radio de Schwarzchild de un agujero negro, y lo resolví hacia atrás, usando la longitud de Planck (la longitud más pequeña posible), como el radio de Schwarzchild.

Resolviéndolo de esa manera, se me ocurrió 0.000002154965212 gramos . De acuerdo, dado que eso es, de hecho, resolver que el radio sea ​​la longitud de Planck, multiplicaré ese número por dos para obtener 0.00000430993 gramos.

0.00000430993 gramos es la supuesta masa de un agujero negro que tiene un diámetro de la longitud de Planck.

Nota: Sé que el radio de Schwarzchild se basa en un colapso gravitacional, y que la gravedad realmente no influye en las partículas cuánticas a esta escala. Esta es una mera respuesta teórica que se me ocurrió al adherirme a la fórmula para calcular el radio de Schwarzchild de una masa. Como muchos han dicho, la densidad es lo que determina un agujero negro, no la masa, por lo que supuestamente esta respuesta es correcta en el sentido de que se logra una densidad necesaria para crear un agujero negro.

En realidad, los agujeros negros tienen más que ver con la densidad que con la masa. Pero para un agujero negro natural se requiere una cierta cantidad de masa. Se llama límite de Chandrasekhar. Si la masa de una estrella moribunda es inferior al límite de Chandrasekhar (1,44 masas solares), se convertiría en una enana blanca, y no se volverá más densa porque está respaldada por el principio de exclusión de repulsión entre los electrones de su materia. Una enana blanca tiene una densidad de aproximadamente cientos de toneladas por pulgada cúbica. Otro estado final para las estrellas con masa justo por encima del límite de Chandrasekhar es la estrella de neutrones, que está respaldada por la repulsión del principio de exclusión entre el neutrón y los protones de la materia de la que está hecha. Las estrellas sobre Chandrasekhar limitaron el problema, pueden explotar y lograr arrojar materia para reducir su masa por debajo de los límites, pero es difícil de creer que siempre suceda, y qué pasa si se agrega más masa a una estrella de neutrones o una enana blanca. Bueno, entonces se forma un agujero negro, cuando incluso la repulsión del principio de exclusión no puede soportar la atracción gravitacional y la estrella se comprime hasta el punto de que la velocidad de escape de su superficie excede la velocidad de la luz y se vuelve negra. Por lo tanto, se puede decir que se requiere más masa que el límite de Chandrasekhar para formar un agujero negro, pero esa masa no necesariamente le dará un agujero negro. En realidad, los agujeros negros primordiales estaban formados por una masa mucho menor que el límite de Chandrasekhar.
Teóricamente, cualquier cantidad de masa por encima de 22 microgramos (masa de Planck, porque un agujero negro de menor masa sería más pequeño que el tamaño mínimo de la región en la que se puede localizar una masa en reposo) puede exprimirse en un agujero negro, pero cuanto más pequeño sea el negro el agujero sería, cuanto más irradiara (radiación de halcón), más rápido se pudriría y un agujero negro tan pequeño se pudriría casi instantáneamente cambiando todos esos 22 microgramos (o más) de masa en energía / radiación causando un estallido de radiación altamente energética , y no creo que se puedan crear en la tierra las condiciones necesarias para hacer tales agujeros negros.

No existe un límite ‘mínimo’ para la masa que puede producir un agujero negro, ya que, en teoría, cualquier masa puede comprimirse o exprimirse en una esfera lo suficientemente pequeña como para colapsar en un agujero negro y, literalmente, desaparecer de la vista. Veamos si hay una manera fácil de entender el principio.

La gravedad se mide por la aceleración que da a los objetos que caen libremente. En la superficie de la Tierra, la aceleración de la gravedad es de 9.8 metros por segundo al cuadrado, pero es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre la Tierra y el objeto en caída libre. (Para ser más precisos, es la distancia entre el centro de la Tierra y el centro del objeto que cae) . Cualquier cambio en la distancia da como resultado un cambio correspondiente en la aceleración de la gravedad; por ejemplo, un aumento en la distancia provoca una disminución en la aceleración y una disminución en la distancia provoca un aumento en la aceleración. Además, el factor por el cual se cambia la fuerza de gravedad es el cuadrado del factor por el cual se cambia la distancia. Esto significa que si la distancia se duplica, la aceleración disminuye en un factor de cuatro, y si la distancia se reduce a la mitad, la aceleración aumenta en un factor de cuatro y así sucesivamente.

Ahora, simplemente comprimiendo un objeto, estamos reteniendo la misma masa y aumentando su densidad y reduciendo el volumen, lo que significa que también estamos reduciendo la distancia entre el centro del objeto que se está comprimiendo y el centro del objeto que está cayendo. La mitad del tamaño, cuatro veces la aceleración, un cuarto del tamaño original lo lleva a dieciséis veces la aceleración original, por lo que puede ver que la aceleración de la gravedad sigue aumentando a medida que continuamos comprimiendo el objeto, lo que a su vez significa la curvatura debida a la gravedad es más pronunciada a medida que el objeto se comprime. Finalmente, el objeto se puede comprimir tanto que se convierte, como se explica en todos los textos, en “una singularidad, donde la densidad y la gravedad se vuelven infinitas y las curvas espacio-temporales infinitamente, y donde las leyes de la física tal como las conocemos dejan de funcionar” .

¿Qué es una singularidad?

A estas alturas ya habría entendido que lo importante no es la masa, sino la densidad. En otras palabras, teóricamente, cualquier cosa con masa puede causar un agujero negro si podemos hacerlo lo suficientemente denso. El Sol, por ejemplo, literalmente desaparecerá si podemos comprimirlo en una bola de solo seis kilómetros de diámetro; y si la Tierra se puede comprimir en una bola con un diámetro de aproximadamente 19 mm, “poof”, se ha ido, y así sucesivamente. Verá, en cierto punto cuando la masa se comprime continuamente, colapsará sobre sí misma debido a la extrema gravedad y se convertirá en un agujero negro. Una distinción importante: ¡comprimir la Tierra no es lo mismo que viajar al centro de la Tierra! Incluso después de que la Tierra se convierta en un agujero negro, la aceleración gravitacional a 6,371 kilómetros (radio de la Tierra) desde la singularidad será de 9,80 metros por segundo al cuadrado, y esto solo puede cambiar cuando se cambia la masa de la Tierra. Si viajamos al centro de la Tierra, efectivamente no habrá aceleración gravitacional porque estamos en el centro de la masa misma, con el campo gravitacional a nuestro alrededor cancelándose mutuamente.

Como puede ver, hay una relación entre la masa total y el radio, el radio se conoce como el radio de Schwarzchild, originalmente derivado por Karl Schwarzschild (1873-1916) que describe el campo gravitacional fuera de una masa esférica.

El radio de Schwarzschild

Espero que hayas notado que usé el término “teóricamente” un par de veces, lo que significa que es físicamente imposible comprimir algo a tal nivel que se convierta en un agujero negro. Sin embargo, los agujeros negros ocurren naturalmente cuando las estrellas muy masivas terminan sus vidas dejando un núcleo que puede colapsar sobre sí mismo para convertirse en un agujero negro. Como hay estrellas de varios tamaños y masas, como regla general, podemos decir que si el núcleo remanente de una estrella moribunda es inferior a 1,40 veces la masa del Sol, será una enana blanca; si la masa es hasta tres veces la masa del Sol, será una estrella de neutrones, y solo si es más de tres veces la masa del Sol, colapsará en un agujero negro. Por supuesto, usted es consciente de que hay agujeros negros supermasivos que son miles de millones de veces la masa del Sol.

Un proyecto mío en curso ha revelado lo que parece ser una “discrepancia de conocimiento” muy amplia entre los “expertos en agujeros negros” sobre lo que realmente está sucediendo dentro y alrededor de un “agujero negro”. Por ejemplo, las ” opiniones de expertos” con respecto a la temperatura del agujero negro abarca muchos órdenes de magnitud (por ejemplo, dependiendo del experto en el que confíe, un rango de temperatura del agujero negro de 7 M [matemáticas] _☉ [/ matemáticas] (masas solares) es 7.2 [ matemáticas] × [/ matemáticas] 10 [matemáticas] ^ {- 5} [/ matemáticas] a 3 [matemáticas] × [/ matemáticas] 10 [matemáticas] ^ {- 67} [/ matemáticas] K (!), y su El rango de “entropía” es 2.5 [matemática] × [/ matemática] 10 [matemática] ^ {36} [/ matemática] a 5 [matemática] × [/ matemática] 10 [matemática] ^ {78} [/ matemática] (! )) … lo que hace que uno se pregunte cuánto realmente “revisan los pares” realmente examinan los números presentados en los documentos que revisan … o qué tan “experto” es realmente el experto … ¿Estamos nosotros (el público que lee el periódico) para calcular el promedios, y lo llaman bueno? 😉 Puede descargar la hoja de cálculo desde: Propiedades del agujero negro.

A mis ojos, cuando se ve con esta “perspectiva de lado a lado” parece que este campo de “ciencia” se rige por el “argumento de la autoridad” más que por la ciencia real (y desearía que “ellos” dejaran de hablar de Hawking evaporación de la conjetura del agujero negro como un hecho científico establecido (¡no lo es!)).

Usando mi hoja de cálculo, puede ver fácilmente qué sucede con los agujeros negros de n masas solares (solo un número ( n ) para ingresar). He enumerado enlaces a todas las fuentes de fórmulas en la sección de notas.

Para aquellos de ustedes que se toman el tiempo de revisar esta hoja de cálculo, les agradecería mucho sus comentarios (comentarios, errores de fórmula, malentendidos).

Muy buenas respuestas aquí. Solo me gustaría darte un par de números para que puedas entender cuánto necesitas concentrar la masa para convertirla en un agujero negro.

Como otros ya han explicado, una cierta masa de materia fría necesitaría ser compactada debajo de su radio de Schwartzschild para convertirse en un agujero negro.

¡El radio de Schwartzschild para la tierra (que pesa 5.972 * 10 ^ 24 kg) es SOLO de unos 9 milímetros!

Nuestro sol (que pesa 1.989 * 10 ^ 30 kg) tiene un radio de Schwartzschild ligeramente más grande de aproximadamente 3 kilómetros. 🙂

R = 2MG / c ^ 2

suposición subyacente para esta respuesta

diámetro del agujero negro = longitud del tablón = 1.616199 (97) × 10 ^ -35

[1.616199 (97) × 10 ^ -35 / 2 * (299 792 458) ^ 2] /2*6.67408 × 10 ^ -11 = 5.441079868 × 10 ^ -9 kg

= 5,44 microgramos …

Sin los detalles proporcionados por otras respuestas, la masa mínima es de aproximadamente 2-3 masas solares. Puede seguir los detalles proporcionados por otras respuestas para obtener más información sobre las condiciones requeridas para la formación de agujeros negros.

La suposición fundamental en esta pregunta es que el agujero negro está compuesto de masa. ¿Qué pasa si este no es el caso? ¿Qué pasa si la masa no es responsable de la gravedad del agujero negro sino de alguna otra partícula?
Recuerde que el fotón de luz no tiene masa, aún así se siente atraído por la gravedad del agujero negro.
¡Piénsalo!

Una masa de Planck hará el agujero negro más pequeño posible, evaporándose casi instantáneamente (en un tiempo de Planck)

Busque la fórmula de entropía de Hawking.

Estimación aproximada: 1 / [Precepto de Arquímedes + Fuerzas galácticas + Ajustes constantes de tiempo + Afectación de agujeros negros emparejados (si corresponde) – Masa de materia planetaria actualmente en el sistema]

Por supuesto, el cálculo teóricamente debe ser una respuesta fractal para satisfacer una condición infinita.

Pero es como una respuesta típica de Quora, sigue colapsando hasta quedar satisfecha.