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Detección de la carga eléctrica de un agujero negro

Según el "teorema del no pelo", hay tres magnitudes que "definen" un agujero negro: la masa, el momento angular y la carga. La primera es bastante fácil de determinar, mira el radio del horizonte de sucesos y puedes usar la fórmula de Schwarzschild para calcular la masa. El momento angular se puede encontrar usando la pequeña y genial ergosfera que Penrose "descubrió". Sin embargo, no sé cómo determinar la carga del agujero negro.

¿Cómo puede un campo electromagnético escapar del horizonte de sucesos de un agujero negro de Reissner-Nordström? ¿Hay algún experimento que podamos hacer teóricamente a un agujero negro para determinar su carga?

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Matt Solnit Puntos 683

Un agujero negro cargado produce un campo eléctrico. De hecho, a grandes distancias (mucho mayores que el horizonte), la intensidad del campo es $Q/(4\pi\epsilon_0 r^2)$ como cualquier otra carga puntual. Así que medir la carga es fácil.

En cuanto a cómo sale el campo eléctrico del horizonte, la mejor respuesta es que no lo hace: ¡nunca estuvo en el horizonte para empezar! Un agujero negro cargado se formó a partir de materia cargada. Antes de que se formara el agujero negro, la materia que acabaría formándolo tenía sus propias líneas de campo eléctrico. Incluso después de que el material colapse para formar un agujero negro, las líneas de campo siguen ahí, una reliquia del material que formó el agujero negro.

Hace mucho tiempo, cuando el Revista Americana de Física tenía una sección de preguntas y respuestas, alguien planteó la cuestión de cómo sale el campo eléctrico de un agujero negro cargado. Matt McIrvin y yo escribimos una respuesta que apareció en la revista. Dice más o menos lo mismo que lo anterior, pero de manera un poco más formal y cuidadosa.

En realidad, acabo de darme cuenta de un error en lo que escribimos Matt y yo. Decimos que la función Verde tiene soporte sólo en el cono de luz pasado. Eso no es cierto. en el espaciotiempo curvo: la función de Green tiene soporte también en el interior del cono de luz. Pero afortunadamente eso no afecta al punto principal, que es que no hay soporte en el exterior el cono de luz.

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eddiegroves Puntos 118

El Efecto Aharanov-Bohm (donde una partícula cargada eléctricamente se ve afectada por los campos eléctricos y magnéticos aunque sólo se desplace en una región donde estos campos son nulos, es decir, fuera de un solenoide) demuestra que desde el punto de vista de la mecánica cuántica, los campos subyacentes no son los campo electromagnético pero, en cambio, el electromagnético 4-potencial . Esto dice que las fuerzas no son suficientes para definir la física, también hay que utilizar los potenciales (energías). Así que tal vez la pregunta debería ser no cómo sale el campo eléctrico del agujero negro, sino cómo sale el potencial eléctrico/electromagnético.

El potencial electromagnético $A^\mu$ no está definida de forma única. Hay un libertad de acción siempre se puede añadir el gradiente de una función de espacio y tiempo para obtener un potencial electromagnético diferente $A'^{\mu}$ que tiene el mismo campo eléctrico y magnético: $A'^{\mu} = A^\mu + \partial^\mu \Gamma$ . Para un agujero negro cargado, esto significa que puede haber un potencial magnético no nulo $A^j$ (que sigue dando un campo magnético nulo).

De todos modos, la cuestión es que la pregunta de "¿cómo sale el campo eléctrico de un agujero negro?" tiene un análogo en la mecánica cuántica del espacio-tiempo plano; "¿cómo funciona el efecto Aharanov-Bohm?" En ambos casos, parece haber un requisito global de que las cosas sean coherentes aunque parezca que lógicamente no haya ninguna relación.

Para detectar un campo eléctrico o un potencial electromagnético utilizamos una pequeña carga de prueba. En los dos casos, consideramos las interacciones entre los electrones "restringidos" y los electrones "de prueba". Los electrones restringidos están atrapados en el interior del agujero negro, o están en trayectorias dentro de un solenoide que no generan esencialmente ningún campo eléctrico o magnético externo al solenoide. Los electrones de prueba detectan el campo eléctrico fuera del agujero negro y el potencial electromagnético fuera del solenoide.

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MRA Puntos 546

Diré que esta pregunta tiene un poco de error: no es necesario interactuar con el horizonte ni con los efectos de la RG de límite extremo, como la ergosfera, para medir los parámetros del agujero negro. El tensor métrico es diferente para agujeros negros con diferentes masas y cargas, y tienen diferentes $\frac{1}{r^{n}}$ para diferentes valores de los parámetros. En principio, se puede medir $M$ , $Q$ y $a$ únicamente a partir de las observaciones de los parámetros orbitales de tres planetas diferentes en órbita alrededor del agujero negro.

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