¿Los agujeros negros se alimentan de la luz solar, es decir, convierten la energía del fotón en masa?

Bueno, antes que nada, no “conviertes” la energía en masa. La energía es masa. Los dos son equivalentes. La famosa ecuación, [matemáticas] E = mc ^ 2 [/ matemáticas], es la equivalencia de masa y energía. Para un físico, decir que su masa es de 70 kilogramos (154 libras) o que su masa es [matemática] 6.3 \ veces 10 ^ {18} [/ matemática] los julios realmente significan lo mismo … por supuesto, es más conveniente expresar masa utilizando las unidades habituales de kilogramos o libras que en julios, pero la conveniencia no es física.

Segundo, cuando un objeto absorbe radiación electromagnética, sí, su energía de masa aumenta como resultado. Entonces, cuando calienta un sándwich en un horno de microondas, su masa, de hecho, aumentará en una cantidad imperceptible. Este aumento de masa se pierde, a su vez, si deja que el sándwich se enfríe en un plato. La cantidad es realmente imperceptible pero está ahí.

Entonces, ya sea un sándwich o un agujero negro, si absorbe luz, su energía de masa aumenta. Si emite luz, su energía de masa disminuye. Los agujeros negros no emiten luz (aparte de cantidades imperceptiblemente pequeñas de radiación de Hawking, creemos). Entonces, cuando un agujero negro absorbe un fotón, su masa aumentará de hecho por la energía de masa de ese fotón. (Sí, la energía de masa de ese fotón. Los fotones pueden no tener masa en reposo , pero sí tienen energía de masa en forma de energía cinética. Cuando esta energía cinética es absorbida por el agujero negro, la energía de masa del agujero negro aumenta. )

Sí, la luz solar y la masa son simplemente formas diferentes de lo mismo, por lo que si la luz entra en un agujero negro, se muestra como un aumento en la masa.

Sin embargo , el efecto es increíblemente minúsculo. Si un agujero negro está vagando por el espacio por sí mismo, una pequeña cantidad de luz cae dentro de él. No sabría por dónde empezar a calcular el equivalente en masa.

Pero tomemos un caso más interesante: supongamos que tenemos un sistema binario, en el que un agujero negro de 3 masas solares y una estrella idéntica a nuestro sol orbitan entre sí a una distancia de 1 UA.

Voy a utilizar mis habilidades matemáticas increíblemente débiles para tratar de calcular cuánta masa contribuye la estrella al agujero negro a través de su luz solar. Pido disculpas por adelantado, y tal vez Viktor o Stuart arreglen mis matemáticas.

El sol irradia aproximadamente 3.846E26 julios / seg. de energía. Un agujero negro de 3 masas solares tendría un radio de aproximadamente 9 km, lo que le da una sección transversal de 254 kilómetros cuadrados. Entonces, el agujero negro será golpeado por 9.03E-14% de la salida de la estrella, una fracción increíblemente pequeña, lo que equivale a 3.47E11 julios / seg.

Convirtiendo eso en masa, esa energía representa 3.86E-6 kg / seg., O aproximadamente 122 kg / año.

122 kg / año suena significativo, pero en comparación con la masa del agujero negro, no es nada. A ese ritmo, tomaría alrededor de 500 trillones de trillones de años aumentar la masa del agujero negro en un 1%, y por supuesto la estrella estaría muerta por mucho tiempo para entonces.

ACTUALIZAR:

Pensé que sería mejor mostrar mi trabajo.

Salida del sol = 3.846E26 vatios (es decir, julios / seg)

Calcular el área de superficie de una esfera de 1 UA:
1 AU = 149.6E6 km
A = 4 pi r ^ 2
A = 4 pi 149.6E6 km ^ 2
A = 2.81E17 km ^ 2

Calcular la sección transversal de un agujero negro de 3 masas solares:
3 agujero negro de masa solar: r = 9 km
A = pi r ^ 2
A = pi 9 ^ 2
A = 254.5 km ^ 2

Proporción de radiación solar que golpea un área de 254.5 km ^ 2:
P = 254.5 km ^ 2 / 2.81E17 km ^ 2
P = 9.06E-16

Energía que golpea el agujero negro:
E = 3.846E26 vatios * 9.06E-16
E = 3.48E11 vatios

Convirtiendo energía en masa producida cada segundo:
M = E / c ^ 2
M = 3.48E11 julios / (3E8 m / s) ^ 2
M = 3.86E-6 kg

Pues ellos pueden .

Si un fotón con energía [matemática] E _ {\ nu} [/ matemática] cae en un agujero negro, la masa del negro aumentará en

[matemáticas] \ Delta m = \ frac {E _ {\ nu}} {c ^ 2} [/ matemáticas]

No tengo nada que agregar a lo que dijeron todas esas personas inteligentes, pero tengo esta imagen genial de un agujero negro comiendo una estrella cercana.

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