¿No se aplanaría todo lo que cayera en un agujero negro en la superficie de la estrella de neutrones en colapso?

Mi pregunta fue motivada por 2 piezas de información que había escuchado repetidamente, pero la primera de ellas no estaba completa. Completar eso responderá mi pregunta. Aquí están los datos que escuché:

  1. Desde nuestro punto de vista fuera de un agujero negro, el tiempo se ralentiza para la caída de objetos y se detiene por completo en el horizonte de eventos. (Esta explicación no está completa, lo que condujo a mi malentendido). Sin embargo, debido a la desaceleración del tiempo, cuanto más cerca esté el objeto del horizonte de eventos, más se alarga la longitud de onda de la luz del objeto (es decir, cuanto más se desplaza hacia el rojo), hasta que en el horizonte de eventos, la longitud de onda sea infinita que es lo mismo que no hay luz en absoluto. Así es como el agujero negro es negro sin que nada caiga más allá del horizonte de eventos desde nuestro punto de vista. (Nuevamente, no es la explicación completa. Arreglar esto responde a mi pregunta).
  2. Aunque las estrellas de neutrones resisten un mayor colapso en un agujero negro, con suficiente materia y energía adicional, es posible que incluso una estrella de neutrones colapse en un agujero negro. No todos los agujeros negros tienen que ser estrellas de neutrones primero, pero esta es una forma de que se formen.

Con estos datos, creo que mi pregunta es natural. Me imaginé a un chico cayendo en un agujero negro pies primero. “Veríamos” (entre comillas porque el desplazamiento al rojo infinito significa que no habría nada que ver) sus pies congelados en el horizonte de sucesos, seguidos rápidamente por todo el resto de su cuerpo. También vería que esto sucedía, ya que sus ojos serían una de las últimas cosas en llegar al horizonte de eventos. De hecho, si el agujero negro se hubiera formado a partir de una estrella de neutrones, la superficie de la estrella de neutrones se congelaría en el horizonte de sucesos y, por lo tanto, mi pregunta.

Sin embargo, la respuesta es simple. La primera información no está completa y es engañosa por simplicidad. La desaceleración del tiempo que observamos para el objeto que cae continúa para siempre, sin detenerse nunca. En otras palabras, desde nuestro punto de vista, ningún objeto llega al horizonte de eventos. La luz proveniente del objeto se desplaza más y más hacia el rojo a medida que la forma del objeto se vuelve más y más plana, pero nunca “vemos” que se detenga por completo o se aplaste por completo. Es como una serie infinita que, cuando se suma, converge a un número límite particular. Puede acercarse arbitrariamente al límite agregando términos adicionales a la suma, pero en realidad nunca lo alcanza.

Esto también es análogo a un objeto que se acerca a la velocidad de la luz. A medida que el objeto continúa acelerando, seguimos viéndolo aplanándose y sus relojes se desaceleran: la infame dilatación del tiempo y la contracción de la longitud de la relatividad especial. Sin embargo, el objeto masivo nunca puede alcanzar la velocidad de la luz, incluso si acelera para siempre. Desde el punto de vista del objeto, no se mueve, el tiempo no es lento y no se aplana.

Sin embargo, el observador descendente que cae primero, tendría una diferencia en la aceleración entre sus pies y su cabeza. Suponiendo que pueda sobrevivir a eso, puede ver algo extraño en la parte inferior de su cuerpo. Esto parece estar en contradicción con la información que he escuchado de que para un agujero negro lo suficientemente grande, el observador que cae no notará que cruza el horizonte de eventos. Supongo que para un agujero negro lo suficientemente grande, el efecto es tan pequeño (y la velocidad del observador entrante es tan grande) que el observador no se daría cuenta. Esto es similar al hecho de que un hombre flotante que orbita la tierra puede no notar fácilmente los diferentes ángulos de atracción de la gravedad de la tierra en partes separadas de su cuerpo. El triángulo formado por las puntas de sus brazos extendidos y la tierra tiene lados súper largos que son casi paralelos. No es razonable pensar que alguien pueda sentir esa pequeña diferencia en la dirección, y me imagino que caer en un agujero trasero lo suficientemente grande es similar, ya que el hombre no puede sentir la diferencia en la aceleración entre sus pies y la cabeza hasta el punto de detectar la dilatación del tiempo. y contracción de longitud.

Entonces, los observadores externos no observan todo aplanado en el horizonte, solo arbitrariamente cerca de él a medida que pasa el tiempo. Naturalmente, esto lleva a la pregunta de cómo se forma el agujero negro desde nuestro punto de vista, o cómo crecen los agujeros negros, especialmente dado que se evaporan en el tiempo infinito debido a la radiación de Hawking, pero esas preguntas ya se han planteado aquí en Quora.

Excelentes respuestas anteriores, simplemente modificaría la pregunta para decir “todo se verá aplanado a los observadores externos”, la materia que cae no experimenta aplanamiento físico.

Un marco de cálculo astrofísico llamado “el paradigma de la membrana” en realidad parte exactamente de esta propiedad de “almacenar” un historial completo de acreción posterior al colapso de los agujeros negros en una capa de longitud de Planck justo por encima del horizonte; Este enfoque permite cálculos convenientes de entropía, resistencia eléctrica, propiedades magnéticas, etc. para horizontes de agujeros negros en sistemas de acreción.

Primer punto: el horizonte de eventos está a una distancia del centro donde el espacio-tiempo está suficientemente curvado debido a la masa y la energía dentro del agujero negro para hacer imposible el escape. No hay ninguna razón para esperar que ese punto sea una superficie o que tenga una acumulación de material.

Segundo punto: solo los agujeros negros muy grandes, con masas en las miles o más masas solares permitirían llegar al horizonte de eventos y atravesarlo sin que se rompa en pedazos debido a la espaguetización (sí, esa es la palabra que usan los físicos) donde la diferencia en la curvatura (y, por lo tanto, la diferencia en la aceleración) entre la cabeza y los pies sería tan grande que te separarías antes de llegar al horizonte de eventos. La razón por la que los agujeros negros muy grandes evitan esto se debe a que el horizonte de eventos se encuentra en un radio mucho más grande, lo que resulta en una disminución mucho más gradual de la curvatura espacio-tiempo.

Tercer punto: una estrella de neutrones es un objeto cuya masa y densidad es lo suficientemente alta como para que la gravedad colapse átomos y plasmas en una sopa de quark que es esencialmente solo neutrones, pero que no es lo suficientemente masiva como para que la gravedad supere la fuerza fuerte para reducir aún más. En ese punto, ninguna fuerza conocida previene el colapso eventual a una singularidad de radio cero.

Ver: https://en.m.wikipedia.org/wiki/

También: https://en.m.wikipedia.org/wiki/

Tenga en cuenta el cálculo de que el radio en el que se produce el desgarro está dentro del radio de Schwarzschild para un agujero negro de 10.000 masas solares.