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El nuevo agujero negro de Hawking, ¿se trata de ángulos de lanzamiento de fotones?

El nuevo documento de Hawking de enero de 2014 ( arXiv:1401.5761v1 ) afirma en la página 3:

La ausencia de horizontes de sucesos significa que no hay agujeros negros, en el sentido de regímenes de los que la luz no puede escapar al infinito. Sin embargo, existen horizontes aparentes que persisten durante un periodo de tiempo.

Si la luz puede siempre escape, entonces por simple geometría el único camino por el que la luz puede ser emitida desde muy profundo dentro de un agujero negro es hacia arriba.

Es decir, estoy leyendo la declaración anterior de Hawking como una afirmación de que cuando un objeto cae en un agujero negro, verá cómo su visión del mundo exterior se reduce a un ángulo puntual cada vez más pequeño. Sin embargo, críticamente y en contraste con las opiniones anteriores, ese punto final nunca desaparecer por completo. Por lo tanto, un objeto tragado hace miles de millones de años conservará un ángulo sólido increíblemente pequeño sobre el que un fotón suficientemente vertical acabará saliendo al mundo exterior, a una frecuencia enormemente inferior debido al desplazamiento de la gravedad.

El tamaño de este ángulo sólido debería estar directamente relacionado con la temperatura aparente del agujero negro para un observador externo. He aquí la razón: Un agujero negro muy grande, digamos un centro galáctico, será como un horno supercaliente pero perfectamente aislado en el que sólo un ojo de buey increíblemente pequeño permite a un observador exterior ver el interior. Dado que la temperatura aparente será la media de ese pequeño ojo de buey en toda la superficie del horno, el resultado es una temperatura aparente terriblemente cercana al cero absoluto.

Por el contrario, un agujero negro muy pequeño, más o menos en el rango de las montañas de masa, apenas tendrá suficiente gravedad para mantener incluso los fotones emitidos horizontalmente atrapados en una órbita circular.

Estos serían los agujeros negros explosivos de Hawking. El ángulo sólido de emisión sería casi semiesférico, lo que significa que el agujero ha perdido esencialmente todo su aislamiento gravitatorio. No estoy seguro de que la mecánica cuántica sea siquiera necesaria para describir lo que sucede a continuación, ya que sería como abrir repentinamente el lado de una cámara perfectamente aislante que contiene densidades increíbles de energía. Así que, boom, a lo grande.

Por cierto, si la materia que cae en un agujero negro siempre conserva aunque sea un rastro de conexión con el mundo exterior, estoy bastante seguro de que no se pueden descartar las leyes de conservación profunda basándose en las simetrías. Hawking parece insinuar algo así cuando afirma en la página 3 que:

El objeto caótico colapsado irradiará de forma determinista pero caótica.

Un "objeto caótico colapsado" es no un objeto de energía pura. Así que cuando un pequeño agujero negro alimentado por antimateria pierde su último aislamiento gravitatorio, apuesto a que la firma de la explosión de radiación resultante diferiría de alguna manera de la de un agujero negro alimentado por materia de la misma masa.

Una de las cosas que me gustan del nuevo agujero negro de Hawking es que parece mostrar un camino para deshacerse de la distinción, extremadamente propensa a la paradoja, entre la masa de la singularidad y la masa del horizonte de sucesos. He aquí un pequeño ejemplo: En el caso de un agujero negro en el centro de una galaxia, ¿cómo se "bombea" exactamente la masa-energía desde la singularidad hasta el horizonte de sucesos, suponiendo que se pueda definir una ubicación razonable y autoconsistente para ese horizonte? Si los agujeros negros se evaporan, hay que hacerlo de alguna manera y el mecanismo no está muy claro.

En cambio, Hawking parece dirigirse hacia alguna forma de reunificación del interior del agujero negro con el horizonte de sucesos. En su nuevo esquema, incluso cuando el interior se vuelve astronómicamente introspectivo y aislado, nunca bastante da el salto final de separarse del horizonte aparente en el que la gran mayoría de los fotones retroceden. Mi opinión es que un cuidadoso reexamen de las coordenadas de Kruskal-Szekeres en términos de cantidades que se ven obligadas a permanecer "en contacto" con el mundo exterior y con sentido, proporcionará algunas ideas al respecto.

Incluso me atrevería a apostar, basándome en estas ideas más simétricas, que los agujeros negros pequeños tienen que ser mucho más "bouncier" de lo que les damos crédito. Por ejemplo, los más pequeños pueden ser casi simétricos en el tiempo cuando se forman en el centro de estrellas en colapso, y por lo tanto pueden ser desmantelados en esa etapa casi tan fácilmente como pueden ser creados. De nuevo, Hawking parece estar profundamente interesado en explorar las simetrías superiores entre el colapso y la re-radiación:

Esto sugiere que los agujeros negros deberían redefinirse como estados límite metaestables del campo gravitatorio. También significará que la CFT en el límite del espacio anti-DeSitter será dual para todo el espacio anti-DeSitter, y no sólo para la región fuera del horizonte.

Mi propia conjetura, una predicción supongo, es que el extraño rebote que se ve en el último momento en los núcleos de las estrellas que colapsan no es más que un pequeño agujero negro formándose brevemente y luego, con la misma rapidez, se autodestruye . ¿Por qué no? Los agujeros negros de Hawking pequeños ya estallan, así que esto no sería más que una generalización de ese concepto a un rango mayor de masas, aunque con niveles más altos de simetrías temporales que hacen que agujeros aún más grandes sean inestables. Los agujeros negros persistentes se formarían sólo si se alcanza un umbral de masa que permita que el aislamiento gravitatorio domine y mantenga el agujero estable. El aumento del aislamiento se manifestaría en el interior de los agujeros como una reducción de los ángulos sólidos de emisión, y en el exterior de los agujeros como una caída abrupta y precipitada de la temperatura aparente de la superficie del agujero. Estos agujeros negros "demasiado grandes para rebotar" mostrarían el equivalente a cambios de fase repentinos y masivos, transformándose en pocos milisegundos de objetos muy calientes a otros muy fríos.

Así que, mi pregunta: ¿Son mis anteriores interpretaciones conceptuales del artículo de Hawking razonablemente precisas?


Preguntas previas relacionadas:

  1. ¿Por qué Stephen Hawking dice que los agujeros negros no existen?

  2. Ángulo de escape de los fotones desde el agujero negro

2voto

Asher Puntos 1768

Así, un objeto tragado hace miles de millones de años conservará algún ángulo sólido increíblemente pequeño sobre el que un fotón suficientemente vertical acabará saliendo al mundo exterior...

Para un agujero negro del centro galáctico, ¿cómo se "bombea" exactamente la masa-energía desde la singularidad hacia el horizonte de sucesos... ?

... el horizonte aparente en el que la gran mayoría de los fotones vuelven a caer...

De estas y otras afirmaciones similares a lo largo de tu pregunta, parece que piensas que la radiación de Hawking tiene algo que ver con la masa o los fotones que viajan desde el interior del agujero negro hacia el exterior. Dado que la velocidad de escape por debajo del horizonte es mayor que la velocidad de la luz, las partículas masivas no pueden viajar hacia fuera; y dado que las partículas sin masa debe viajar en $c$ pueden sólo viajar en una dirección en la que su velocidad será $c$ que dentro del horizonte está siempre hacia el centro.

Así que no hay ningún mecanismo para que la radiación de Hawking resulte de cualquier cosa que viaje desde dentro del horizonte hacia fuera, y por lo tanto todas las conjeturas sobre los ángulos sólidos de emisión son un poco sin sentido. Una vez dentro del horizonte todo viaja hacia la singularidad, y nada se aleja de ella. No hay ningún "ojo de buey increíblemente pequeño [que] permita a un observador exterior ver el interior".

Entonces, ¿de dónde viene la energía para la radiación Hawking? No puede venir del interior del agujero negro, ya que... bueno, así son los agujeros negros. ¿Con qué tenemos que trabajar? Suponiendo un agujero negro sin carga, como es razonable en nuestro universo, sólo tenemos el momento angular (que sólo cambia la forma de la singularidad, no el horizonte) y el campo gravitatorio.

Curiosamente, de ahí viene la radiación de Hawking (como concepto): el campo gravitatorio se considera (por ahora) un campo clásico en nuestra mejor teoría, pero si se trata de forma cuántica, podemos utilizar la energía almacenada en el campo para hacer los habituales trucos cuánticos con las partículas virtuales, que es donde el propio Hawking se inició en el problema.

Así que la idea es que la energía del campo gravitatorio local fluctúa lo suficiente como para que se produzca un par de partículas, y como el par se produce cerca del horizonte, una cae en el agujero negro y la otra escapa, y el agujero negro pierde esa cantidad de energía permanentemente de su campo gravitatorio, encogiendo un poco la atracción gravitatoria (y por tanto el horizonte). La energía no ha "salido" del agujero negro porque la energía no estaba en el agujero negro; estaba fuera del horizonte, donde se formó el par de partículas. Pero el cambio en el campo local se propaga hacia el exterior y, finalmente, un observador situado a cierta distancia notará el cambio, es decir, "verá el agujero negro encogerse".

La curvatura local justo por encima del horizonte de un agujero negro pequeño es mayor que fuera del horizonte para un agujero negro más grande, lo que significa que hay más energía disponible y se formarán más pares de partículas, y el agujero negro se evapora más rápido, permitiendo un acceso cada vez mayor a la energía del campo gravitatorio, etc. Pero en ningún momento de este proceso sale nada del agujero negro, sino que el agujero negro se hace cada vez más pequeño, de manera que cada vez hay más cosas "fuera" del agujero negro. La energía de la radiación Hawking proviene del campo gravitatorio que ya se extiende más allá y a través del horizonte, y que efectivamente (en la teoría clásica) es el agujero negro.

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