¿A qué velocidad tendría que viajar una sonda para orbitar dentro del horizonte de eventos del agujero negro estelar menos masivo?

En su superficie, esto parece una pregunta razonable. En circunstancias normales, la velocidad orbital alrededor de un objeto es menor que su velocidad de escape. Entonces, incluso si la velocidad de la luz es demasiado lenta para escapar del interior de un agujero negro, aún podría ser lo suficientemente rápida como para orbitar.

Sin embargo, la realidad es que este no es el caso. Un agujero negro no es solo un campo gravitacional muy fuerte. La teoría de la relatividad general nos dice que un agujero negro es una región de espacio fuertemente curvado, y el movimiento no se comporta igual en el espacio curvo. Dentro del horizonte de eventos de un agujero negro, el espacio está tan fuertemente curvado que si comienza en lo que parece ser una órbita estable dentro del horizonte de eventos, sin importar en qué dirección y velocidad vaya (igual o más lento que la luz), el espacio se curvará para que caigas al centro y golpees la singularidad en tiempo finito, de modo que no sean posibles órbitas.

Lo más cercano que un rayo de luz (y, por lo tanto, cualquier otro objeto) puede orbitar a un agujero negro es 1.5 veces el radio de Schwarzschild (el radio del horizonte de eventos). Pero estas órbitas son inestables, y un pequeño empujón lo enviará en espiral hacia el agujero negro o lejos de él. Las órbitas estables más cercanas están a 3 veces el radio de Schwarzschild.

Más o menos cubierto aquí:

¿Cuál es la relación entre la velocidad orbital y la velocidad de escape en situaciones fuertemente relativistas?

La velocidad orbital es mayor que c FUERA del horizonte de eventos. Una órbita “dentro” del horizonte de eventos no es posible.

Entonces ” No es posible, independientemente de la masa del agujero negro. ”

No puede Fuera del horizonte de eventos, puede orbitar, pero incluso aquí la velocidad orbital finalmente alcanza la velocidad de la luz. Sería mayor que c dentro del horizonte de eventos.

El horizonte de eventos de un agujero negro define, entre otros fenómenos físicos, la línea, cruzarla requeriría varias veces la velocidad de la luz para escapar de esta área del agujero negro.

La sonda espacial tendría que acelerar a esta velocidad, aún desconocida para la astrofísica moderna.

Esto es válido para cada agujero negro, ya sea solo tres veces y media la masa de nuestro sol. Esta masa es al mismo tiempo el límite inferior de cuánta masa debe tener un objeto de masa estelar para convertirse en un agujero negro si la antigua estrella ha muerto.

No hay velocidad alcanzable a la que un objeto pueda orbitar un agujero negro dentro de su horizonte de eventos. En el horizonte de eventos, el espacio y el tiempo intercambian roles. El centro del agujero negro ya no es un punto en el espacio, sino un punto en el tiempo, específicamente, en el futuro. Una vez que cruza el horizonte de eventos, ya no puede evitar caer hasta el centro del agujero negro de lo que puede evitar el próximo martes.

No hay órbitas dentro de un horizonte de eventos. Todas las trayectorias, incluso a la velocidad de la luz, terminan en la singularidad. La singularidad no es realmente un lugar. Es el fin de los tiempos, y no hay forma de evitarlo.

Por mi lectura, entiendo que, dentro del horizonte de eventos, cualquier masa se moverá siempre más cerca de la singularidad, por lo que no habrá órbita.