Si Sagitario A * duplicara inexplicablemente su masa cada año, ¿cuántos años le tomaría tomar el control del universo observable?

Sagitario A *, o Sgr A * para abreviar, es un agujero negro de Kerr, el tipo giratorio que aparece en la película “Interestelar”. Su masa es aproximadamente 4 millones de veces mayor que eso o nuestro Sol.

Bien, entonces la masa Sgr A * se duplica cada año … milagrosamente. Esto significa que su radio también se duplica cada año, ya que los dos están en proporción directa. [3] Entonces, ¿ cuándo abarcará la totalidad del universo observable?

RESPUESTA: El agujero negro se hará cargo del Universo cuando se apodere de la Tierra … ¿decir qué? [1], y esto llevará unos 34 años. [2]

Notas técnicas
[1] Tiempo … bueno. es relativo y a medida que se acerca el horizonte Sgr A *, caemos más y más en su pozo gravitacional y el tiempo en el exterior se acelerará en relación con nuestra posición. Una vez que la Tierra cruza el horizonte, existe la posibilidad de interceptar la singularidad de la hoja azul, es decir, la luz que viene del futuro infinito (ver el diagrama a continuación). Por supuesto, esto supone que podríamos sobrevivir a tal prueba, que por supuesto no podríamos.

[2] El tiempo para que el horizonte alcance la distancia de nuestro sistema solar se puede calcular a partir del tiempo de duplicación como [matemáticas] k = \ dfrac {M} {M_0} = \ dfrac {r} {r_0} = \ dfrac { 2.5 \ veces 10 ^ {20} m} ​​{2 \ veces 10 ^ {10} m} ​​= 1.25 \ veces 10 ^ {10} = 2 ^ {T_d} [/ math]. Resolviendo para el tiempo de duplicación: [matemáticas] T_d = \ dfrac {k} {ln2} = 33.5 [/ matemáticas] años.

[3] El radio de Schwarzschild de un agujero negro es [math] r_s = \ dfrac {2G} {c ^ 2} \ cdot M [/ math]. Un agujero negro de Kerr tiene un horizonte de eventos externo en el plano ecuatorial en [matemáticas] 2r_ + = r_s + \ sqrt {r_s ^ 2 -4 \ alpha ^ 2} [/ matemáticas] ya que es una función del momento angular del agujero negro . Aquí asumiremos que [math] r_s >> 2 \ alpha [/ math] y el agujero negro adquiere el momento angular de la galaxia.

Imagen de: Diagrama de Penrose cargado agujero negro

El radio de Schwarzschild de un agujero negro viene dado por la ecuación [math] R _ {\ text {sh}} = [/ math] [math] \ dfrac {2GM} {c ^ 2} [/ math].

El radio de Sagitario A * es [matemático] 2.11 \ veces 10 ^ {10} \ text {metros} [/ matemático]. Además, el radio del universo observable es [matemático] 4.4 \ veces 10 ^ {26} \ text {metros} [/ matemático].

Esto significa que el radio de Sagitario A * aumentaría en un factor de [matemáticas] 2 [/ matemáticas] cada año.

Deje que el radio inicial de Sagitario A * sea [matemático] R _ {\ text {inicial}} [/ matemático].

Entonces, [matemáticas] \ dfrac {dR} {dt} \ propto R [/ matemáticas].

Esa es solo una forma matemática de decir que la tasa de cambio del radio del agujero negro es directamente proporcional a su radio en ese instante. Esa ecuación se puede ajustar ligeramente, para dar [matemática] \ dfrac {dR} {dt} = \ lambda R [/ matemática]. Aquí, [math] \ lambda [/ math] es la constante de proporcionalidad.

  • Al reorganizar esa ecuación, obtenemos [math] \ dfrac {dR} {R} = \ lambda dt [/ math].
  • Integrando en ambos lados de la ecuación – [matemáticas] \ int \ dfrac {dR} {R} = \ int \ lambda dt [/ matemáticas].
  • Esta integral se evalúa como – [matemática] \ ln (R) = \ lambda t + K [/ matemática].
  • En [math] t = 0 \ text {years} [/ math], tenemos [math] \ ln (R _ {\ text {initial}}) = K [/ math].
  • El radio inicial de Sagitario A * es algo que ya sabemos: [matemáticas] 2.11 \ veces 10 ^ {10} \ text {metros} [/ matemáticas].
  • Entonces, [math] \ ln (2.11 \ times 10 ^ {10}) = 23.77 [/ math].

Necesitamos encontrar [math] \ lambda [/ math], para lo cual podemos usar un valor aleatorio de [math] t [/ math] para el cual conocemos el valor de [math] R [/ math]. Esto se puede hacer conectando [math] t = 1 \ text {año} [/ math] y [math] R = 2R _ {\ text {initial}} [/ math]. Esto produce [matemática] \ lambda = \ ln (2) = 0.693 \ text {años} ^ {- 1} [/ matemática]. Esto es un reflejo del hecho de que el radio se duplica exponencialmente.

Después de toda esta brujería, tenemos nuestra ecuación final – [matemáticas] \ ln (R) – 23.77 = 0.693 t [/ matemáticas].

Tenemos que conectar el radio del universo observable y obtener el valor de [math] t [/ math].

Esto produce [matemáticas] t = \ dfrac {61.34 – 23.77} {0.693} \ text {años} = 54.22 \ text {años} [/ matemáticas].

La respuesta es un poco más de 54 años. ¡Le tomaría a esa bestia menos de 55 años devorar nuestro universo observable!

El crecimiento exponencial da miedo.

Tengo la extraña sensación de que estás siendo provocativo. Pero…

Aquí hay un viejo cuento …

Alrededor del cambio del primer siglo … el Rey de Persia estaba montando su caballo cuando la bestia salió corriendo. Un campesino cercano corrió y domesticó al animal.

El rey estaba muy agradecido e invitó al campesino a su palacio. “Joven, te debo una deuda de gratitud; dime lo que más necesitas “.

“Bueno, señor … nuestras cosechas fallaron este año … y tenemos muy poco grano”.

El rey respondió … “¿Cuánto necesitas? ¡Puedo suministrar lo suficiente para tu pequeño pueblo!

“Señor, vea ese tablero de ajedrez allí … Si pudiera darme la cantidad de grano igual a: 10 granos en el primer cuadrado, luego duplique eso en el siguiente cuadrado, luego doble que en el tercero … etc … eso estaría bien . ”

“¿Eso es todo … diez pequeños granos de arena … para este primer cuadrado … y luego duplicar esa pequeña cantidad para cada cuadrado? Por supuesto … un poco.

No debería tener que decirte el resto.

Por cierto, esta es una vieja historia real … (no estoy seguro de que tenga 2.000 años … pero …)

10 a la potencia 64 posible … se monta rápido.

Todavía no voy a poner figuras … Pero el maldito universo se habría ido … ¡probablemente en el medio del tablero!

Madre Gaia: “Pat … conté esa historia … ¡estuve allí! ¡Vaya, Shah mantuvo una fantástica bodega!

No creo que eso suceda nunca. Por supuesto que podría estar equivocado. Pero la influencia de la gravedad se mueve a la velocidad de la luz y el universo observable tiene 93 mil millones de años luz de diámetro después de expandirse durante 13,4 mil millones de años. Esto dice que el universo se está expandiendo más rápido que la velocidad de la luz, por lo que está superando los efectos del aumento de masa de Sag A.

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