¿Cómo de suave es un horizonte de sucesos?

Question

Para un agujero negro no giratorio, el horizonte de sucesos puede ser descrito por la métrica de Schwarzschild como una esfera. Suponiendo un observador externo, alejado del Agujero Negro y suponiendo también que no hay materia o nubes de gas en las cercanías, yo supondría que la esfera sería perfectamente simétrica y suave, pero ¿es eso exacto? ¿Existen fluctuaciones muy pequeñas (o grandes) para la geometría del horizonte de sucesos?

Answer 1

Para los efectos no cuánticos un horizonte de agujero negro esférico en equilibrio es suave, perfectamente simétrico. Está definido por un solo parámetro (la masa, si no hay carga ni rotación, y por lo tanto es esférico), por lo que se dice que no tiene pelo. Si se le perturba, se deformará y adquirirá algunos pelos. Si las perturbaciones no son muy grandes y no son esféricamente simétricas, adquirirá curvatura y deformaciones métricas que, a distancia, pueden modelarse como momentos multipolares, y probablemente algo de rotación. Éstas se estabilizarán a través de la radiación gravitacional, volviendo al estado puramente esférico.

El hecho de que un observador externo tarde un tiempo infinito en el infinito es una cuestión insignificante, ya que vuelve a ser un agujero negro esférico simétrico con suficiente rapidez. Puede haber argumentos sobre esto, pero un horizonte real y uno aparente no se ven diferentes, desde fuera. Se acerca asintóticamente al horizonte de sucesos.

Si la perturbación es mínima es realmente lo mismo, pero un efecto pequeño, un bache en el horizonte que se asienta rápidamente. Los cálculos y simulaciones de esto se hacen a nivel de perturbación.

Los cálculos realizados para describir la fusión de los dos agujeros negros descubrimiento anunciado en febrero de 2016 se hicieron todos con una combinación de una aproximación de la relatividad general post-newtoniana, además de la relatividad general completa numérica durante la fusión en sí (que no eran pequeñas perturbaciones). Los horizontes de ambos agujeros negros se ven afectados y rápidamente, en ese caso en aproximadamente El cuarto de segundo que pudimos capturar, fusionar y establecerse en un agujero negro de Kerr (este estaba girando). Menciono esto porque es bastante fácil de encontrar en línea, en lugar de buscar simulaciones más antiguas que muestren esas pequeñas o mayores perturbaciones en un agujero negro.

En todos esos casos, los cabellos o momentos del agujero negro se irradian rápidamente (no desde el horizonte, sino desde el exterior), y el agujero negro se asienta en un estado sin cabellos

Para los efectos cuánticos las cosas no se saben. En efecto, no estamos seguros de nada sobre la gravedad cuántica. En el caso de campos cuánticos que perturban ligeramente un agujero negro clásico (relativista general), como por ejemplo la absorción de partículas virtuales en el agujero negro y la producción de radiación Hawking (una descripción llamada semiclásica), no parece cualitativamente diferente.

Es diferente si se asume algún modelo de gravedad cuántica cerca del horizonte. La mayoría de las veces, la teoría de cuerdas o la gravedad cuántica de bucles u otras modelan el horizonte como cuerdas o bucles o espuma cuántica de algún tipo, y esos tienen pelo - básicamente cada superficie del tamaño de Planck es un estado posiblemente diferente de uno de ellos, y por eso hay mucho pelo. O quizás aún peor y más parecido al cortafuegos previsto por la controversia sobre si los agujeros negros pierden información cuántica. Así que a esas escalas el horizonte es bastante duro. Pero a escalas mayores sigue sin tener pelo, como se ve a través de las descripciones clásicas. (Nota: la controversia sobre el cortafuegos sigue sin resolverse y afirma que todo el horizonte es un enorme cortafuegos).

Si realmente quieres ver o trabajar los detalles tienes que trabajar a través de las matemáticas. Los cálculos clásicos para perturbaciones pequeñas o limitadas, son ahora estándar, e incluyen los casos de gravedad fuerte de las fusiones de agujeros negros que utilizan cálculos numéricos donde no se conoce una solución exacta (es decir, en la mayoría de los casos no altamente simétricos). Pero, los detalles exactos de los cambios dinámicos en la gravedad fuerte, incluso para la relatividad general clásica, siguen siendo un reto, y es difícil explorar la dinámica general de la misma. Los casos cuánticos son, por supuesto, más inciertos.

Answer 2

Este horizonte implica tiempo, y para que sea un horizonte real el tiempo de observación debe tender a infinito para observar una partícula sonda que cae. Se supone que el campo de la partícula es mucho más pequeño que el de BH. En este caso la geometría del espacio-tiempo es suave.