Se due orizzonti di eventi buco nero si sovrappongono (tocco) potranno mai separarsi di nuovo?


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Domanda ipotetica basata sulla mia comprensione che due orizzonti di eventi che si sovrappongono (tocco) non potranno mai più separarsi:

Immagina che un buco nero da 1 miliardo di massa solare (quindi l'orizzonte degli eventi è enorme e molto gravitazionalmente debole) sta viaggiando a una velocità di 0,9 c attraverso lo spazio intergalattico piatto vuoto; ora immagina un identico buco nero di 1 miliardo di massa solare che viaggia a 0.9c ma esattamente nella direzione opposta, quindi i due si stanno approssimando l'uno verso l'altro. I percorsi dei buchi neri, una volta preso in considerazione tutto lo spazio nel tempo, non si scontrano direttamente, ma i bordi più esterni degli orizzonti degli eventi si "agganciano" a vicenda, normalmente si sovrappongono solo per una frazione di nanosecondo come questi due corpi viaggiano a velocità così incredibilmente elevate e in direzioni opposte tra loro.

Quindi, in primo luogo, ho ragione nel pensare che se due orizzonti di eventi si sovrappongono non possono mai "sparire"?

In secondo luogo, cosa accadrebbe a questa incredibile quantità di slancio l'uno dell'altro nei buchi neri? Si trasformerebbe immediatamente in energia gravitazionale? Tenendo presente che quando i buchi neri si fondono normalmente, accade molto lentamente mentre i buchi neri si avvicinano sempre più lentamente nel corso di milioni di anni emettendo energia gravitazionale in quel caso, quindi non in una frazione di nanosecondo come in questo caso.

E in terzo luogo, come sarebbe? Gli orizzonti degli eventi rimarrebbero abbastanza sferici e l'energia irradiata sarebbe semplicemente folle o si allungerebbero e si deformerebbero in una sorta di orizzonte degli eventi elastico lungo e sottile mentre si scagliavano l'uno sull'altro e poi, nel tempo, rallentavano e ritornavano l'un l'altro?


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FWIW, se si fossero diretti esattamente l'uno verso l'altro, la loro velocità relativa sarebbe 180c / 181, circa .9945c. Secondo vttoth.com/CMS/physics-notes/311-hawking-radiation-calculator il loro raggio EH è di circa 9853 secondi-luce. E non dimenticare che hanno anche un enorme momento angolare relativo.
PM 2Ring

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Ravvivare ulteriormente le cose, supponiamo che stiano già ruotando al limite di Kerr in direzioni opposte l'una all'altra, quindi quando toccano il suo molto disordinato dal punto di vista della conservazione del momento angolare.
Loadwick,

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Bene, gli SMBH tendono comunque a ruotare abbastanza vicino al limite, quindi non è irrealistico, a differenza della velocità relativa che hai dato loro. ;) Ma renderà ancora più difficile un calcolo già difficile. Non esiste una soluzione analitica al problema generale dei 2 corpi in GR, quindi è necessario ricorrere a metodi numerici e provare a gestire una coppia di SMBH a velocità relativistica richiederà un crunching numerico molto pesante solo per ottenere una stima vagamente affidabile.
PM 2Ring


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FWIW, c'è stato un thread su xkcd un mese o due fa relativo a questo argomento: è possibile fuggire da un buco nero usando un altro buco nero?
PM 2Ring

Risposte:


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Hai già ottenuto delle buone risposte, ma cercherò solo di fornire una soluzione più intuitiva sul perché gli orizzonti degli eventi non si separeranno mai più se si sovrappongono l'un l'altro: in
primo luogo, immagina un granello di polvere che entra nell'EH di un buco nero . Credo che saremo d'accordo che questo granello non potrà mai sfuggire al buco nero, perché nulla può tornare da dietro l'orizzonte degli eventi.
Ora, immagina lo stesso granello di polvere, ma all'interno delle parti sovrapposte dell'EH di due buchi neri che si incrociano. Questo granello di polvere non sfuggirà mai a nessuno di quei due buchi neri, perché è all'interno dell'EH di entrambi. Se questi buchi neri fossero in grado di separarsi di nuovo, lo speck catturato tra loro sarebbe ovviamente sfuggire ad almeno uno dei buchi neri, dopo essere stato dietro il suo orizzonte degli eventi.
Dal momento che ciò non può accadere, i due buchi neri saranno uniti dal punto in cui i loro orizzonti degli eventi si sovrappongono, indipendentemente dalla loro velocità.


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Come laico che naviga casualmente, questa è una grande spiegazione intuitiva!
Daniel B,

Mi piace questa visualizzazione, presumo che sia ancora possibile scappare usando il tunneling quantistico. Ma in gran parte irrilevante a meno che non impariamo a controllare il tunneling quantistico per il viaggio delle istanze. Ad ogni modo, sono d'accordo con te ed è per questo motivo che penso che l'EH si allunghi e si deformi come un elastico. Non può separarsi ma non può nemmeno arrestarsi all'istante.
Loadwick,

Questo è praticamente l'argomento nel documento di Stephen Hawking.
Steve Linton,

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Non hai nemmeno bisogno di un granello di polvere. Qualsiasi particella farà la stessa cosa, anche una particella virtuale. E ci sono sempre particelle virtuali.
Loren Pechtel,

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Questo non mi viene in mente come una spiegazione intuitiva; la logica sembra rigorosa e irrefutabile. Intelligibile! = Intuitivo ;-).
Peter - Ripristina Monica il

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Se gli orizzonti degli eventi si toccano e diventano una superficie continua, il loro destino è segnato - i due buchi neri si fonderanno fino in fondo. Non potranno mai più separarsi, qualunque cosa accada.

Esistono diversi modi per spiegarlo, con vari gradi di rigore.

Una spiegazione intuitiva è che la velocità di fuga all'orizzonte degli eventi è uguale alla velocità della luce. Ma nulla può muoversi veloce come la luce, nemmeno un buco nero. Affinché i due buchi neri si separino, parti dell'una dovrebbero "sfuggire" all'altra o muoversi più velocemente della luce, il che è impossibile.

EDIT : Un'altra "spiegazione" intuitiva (anche un sacco di onde manuali) - all'interno dell'orizzonte degli eventi, tutte le traiettorie portano al centro. Non esiste alcun percorso possibile da alcun luogo all'interno dell'orizzonte verso l'esterno. In qualunque modo ti giri, stai guardando il centro. In qualunque modo ti muovi, ti sposti verso il centro. Se gli orizzonti degli eventi si sono uniti, affinché i buchi neri si rompano di nuovo, parti di essi dovrebbero spostarsi "lontano dal centro" (o lontano da uno dei centri), il che non è possibile.

Tutto quanto sopra è "rigoroso" quanto "spiegazione" della relatività generale con sfere d'acciaio su un foglio di gomma. È solo metafora.

Più rigorosamente, vedi questo articolo di Stephen Hawking:

Buchi neri nella relatività generale

Con l'aumentare del tempo, i buchi neri possono fondersi insieme e nuovi buchi neri possono essere creati da ulteriori corpi che collassano ma un buco nero non può mai biforcarsi. (pagina 156)


EDIT : Gli orizzonti degli eventi in realtà non si "limitano a ritagliarsi". Gli orizzonti degli eventi perfettamente sferici sono un'astrazione teorica (un buco nero non rotante in un universo altrimenti vuoto). In realtà, qualsiasi cosa vicino a un BH deformerà l'orizzonte degli eventi, che "raggiungerà" verso quella massa. Se è una piccola massa, l'effetto è trascurabile.

Ma se due buchi neri si avvicinano l'uno all'altro, gli EH diventano a forma di uovo, come se cercassero di toccarsi. Se sono abbastanza vicini, alla fine si formerà un ponte molto stretto in mezzo e gli EH si fonderanno. In quel momento, la fusione completa viene decretata e procederà con assoluta certezza fino al completamento. Niente può fermarlo.

Vedi questa risposta:

I buchi neri sono sferici durante la fusione?


cosa accadrebbe a questa incredibile quantità di slancio l'uno dell'altro i buchi neri?

Il buco nero risultante dopo la fusione avrà un sacco di effetti, se la collisione non è perfettamente frontale. Qualunque energia non possa essere messa in rotazione, probabilmente verrà irradiata come onde gravitazionali (come altri hanno già indicato nei commenti alla tua domanda).


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Se i due EH si toccano, i centri dei buchi neri non sono ancora all'interno dell'orizzonte degli eventi dell'altro. A seconda delle loro dimensioni, i centri potrebbero essere molto lontani dall'orizzonte degli eventi dell'altro ... quindi sicuramente se stanno andando abbastanza velocemente, possono scappare anche dopo l'unione degli orizzonti degli eventi?
Rob

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@Rob Il centro non è privilegiato. Dimentica il centro. Una volta che il ponte è stato creato, a tutti gli effetti è un buco nero. Non c'è "sovrapposizione", la tua immagine è sbagliata: le due entità si sono già unite, c'è un solo orizzonte degli eventi, non due (vedi la risposta che ho collegato alla fine). E non puoi dividere pezzi da un orizzonte degli eventi, qualunque cosa tu faccia. Dimentica lo 0.999c, non è niente. La maggior parte delle persone non si rende conto di quanto sia veramente confuso lo spaziotempo all'interno dell'orizzonte degli eventi. Non c'è davvero via d'uscita, non è una figura retorica.
Florin Andrei, il

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Immagino che sia difficile riconciliarmi nella mia testa è che se la singolarità (supponendo che tutta la questione si trovi in ​​un singolo punto) non attraversi un altro orizzonte degli eventi, perché non dovrebbe essere in grado di sfuggire? Capisco che gli orizzonti degli eventi si fondono, tuttavia, se pensiamo alle due singolarità (sicuramente non si fondono istantaneamente?) Che hanno il loro raggio schwarzschild, perché le loro intersezioni dovrebbero incantare il destino per le loro rispettive singolarità? Se un sole attraversasse parzialmente un orizzonte degli eventi, immaginerei che solo la parte del sole che attraversava l'orizzonte degli eventi sarebbe intrappolata per sempre
Rob

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@Rob Sembra che il tuo modello mentale abbia sostanzialmente la massa e l'orizzonte degli eventi che hanno posizioni nello spazio proprio come oggetti normali. Non è così. Sia la singolarità che l'orizzonte degli eventi sono aspetti dello spazio-tempo estremamente curvo e il loro comportamento può essere compreso, anche approssimativamente, in quello spazio-tempo curvo. Guarda youtube.com/user/SXSCollaboration per alcune simulazioni che ne tengono conto
Steve Linton

5
@Fax Le regioni a forma di uovo impediscono anche alle cose di andarsene. Qualunque cosa "si muova perpendicolarmente" al "confine" tra i due buchi neri ha ancora bisogno di uno slancio sufficiente per superare la gravità combinata tirandolo indietro verso il punto lagrangiano tra i due buchi neri (ricorda, devi combattere contro entrambi, anche se potessi scappare se ce n'era solo uno). Se la velocità di fuga nel punto di Lagrange supera la velocità della luce, allora il punto di Lagrange è, di per sé, all'interno dell'orizzonte degli eventi combinato e i buchi neri si fondono.
Draco18s
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