¿Por qué los agujeros negros siempre se representan con un rayo de luz disparando desde el centro si la gravedad es tan fuerte que la luz no puede escapar?

En realidad, los agujeros negros no siempre se representan así.

Cuando se representan así, lo que ves en la imagen es un agujero negro “activo”, es decir, un agujero negro ocupado absorbiendo materia.

A medida que la materia cae, a menos que la caída sea perfectamente simétrica, tendrá un momento angular residual; es decir, girará más y más rápido a medida que se acerque al agujero negro, formando un llamado disco de acreción. También se calienta debido a la fricción interna, hasta que el gas que cae se ioniza.

Este remolino de gas ionizado (partículas cargadas) es esencialmente una gran corriente eléctrica, capaz de acelerar las partículas a velocidades muy altas. Los “rayos de luz” que ves en las ilustraciones son, de hecho, estos chorros de partículas cargadas que se emiten en una dirección perpendicular al disco de acreción.

Lo importante para recordar es que aunque los rayos parecen provenir del agujero negro, en realidad no lo son; son producidos por la materia circundante e infalible. El agujero negro es el motor que proporciona la energía (a través de su gravedad) pero en realidad no sale nada; más bien, están cayendo cosas, pero no todas las cosas; Algunas partículas se aceleran en forma de chorros y escapan.

Como otros han explicado, es “radiación de Hawking”. Me gustaría agregar algunas palabras de comentarios sobre qué es eso y qué no.

En su libro Una breve historia del tiempo , Hawking consideró la teoría de que la materia que cae en un agujero negro se tritura en partículas elementales, convirtiéndose en una masa sólida de neutrones (o lo que sea que esté hecho de neutrones) empaquetados muy juntos sin espacio entre ellos. A Hawking no le gustó esa idea, porque una bola sólida de neutrones sería ordenada , y la Segunda Ley de la Termodinámica establece que la entropía (desorden) siempre aumenta. Así que postuló que debe haber algo más, como una liberación de energía, que cause más desorden en el Universo que lo que se pierde por el empaquetado ordenado de partículas en el agujero negro, permitiendo así que la entropía general del Universo continúe aumentando. Esta energía hipotética se conoce como radiación de Hawking.

Eso es lo que es. Lo que no es, es algo que alguna vez se haya observado. Hay algunos cuerpos astronómicos que emiten corrientes de partículas o radiación enormemente enérgicas a lo largo del eje de rotación, pero de ninguna manera es seguro qué lo causa. Pueden ser emisiones del disco de acreción alrededor de un agujero negro, o puede ser de otra fuente por completo, pero lo cierto es que no todos los agujeros negros emiten tales haces, por lo que no pueden considerarse Radiación Hawking porque si lo fueran, Estarían presentes en todos los agujeros negros.

No soy tan arrogante como para discutir con Stephen Hawking, pero su teoría me parece profundamente insatisfactoria. Por un lado, se basa en la idea de que las partículas dentro de un agujero negro se empaquetan de manera uniforme y causan una disminución de la entropía, mientras que, de hecho, no tenemos idea de qué les sucede o si continúan existiendo de alguna manera que podamos entender. ¿Quién puede decir qué orden se pierde en el colapso de los átomos? Por otro lado, toda la materia es energía, y toda la energía es materia, por lo que si el fin último del Universo fuera la recolección ordenada de partículas en un solo agujero negro enorme, cualquier emisión de energía solo está retrasando el final (perfectamente ordenado).

Debido al disco de acreción que rodea el agujero negro. El agujero negro aspira la materia como un remolino, comprimiéndola hasta que se produzca la fusión. El disco de acreción no está completamente dentro del horizonte de eventos, que es lo que percibimos como el agujero negro. El agujero negro en sí es profundo dentro del horizonte de eventos, por lo que parece ser mucho más grande de lo que realmente es.

tl; dr: Porque aún no ha entrado en el horizonte de eventos. O porque estás pensando en un púlsar. 😛

Para una respuesta simplista, no es luz (aunque también podría emitirse luz visible).
Aquí está la respuesta rápida, Steven Hawking se preguntó cómo, si los agujeros negros atraen la luz que pasa el horizonte de eventos, cómo se podría detectar.
Ha teorizado (y es ampliamente aceptado) que en un agujero negro giratorio, el disco de acreción se excitaría hasta el punto de que emitiría un tremendo chorro de energía, y eso se ha observado y es la forma principal de detectar un probable negro agujero.

los agujeros negros tienen un horizonte de eventos que es el par donde la luz no puede escapar, pero fuera de esa luz puede distinguirse. Existe una gran diferencia entre la singularidad y el horizonte de eventos, la singularidad es la parte infinéticamente densa que es solo una pequeña especificación y el horizonte de eventos es el área sin escape. y los agujeros negros no siempre se muestran así, de lo que estamos hablando se llama cuásar, que es un agujero negro muy activo. Para su información, el horizonte de eventos del agujero negro más grande es 47 veces mayor que la distancia entre el sol y Plutón.