No entiendo cómo, a medida que un agujero negro se hace cada vez más pequeño por la excreción de radiación Hawking, conserva su capacidad de capturar fotones. Imagino que habrá un momento en su ciclo vital en el que su masa/gravedad no sea suficiente para que pueda hacerlo y su cuerpo pueda revelarse, y tal vez recupere parte de su volumen anterior por la falta de gravedad capaz de mantenerlo unido con tanta fuerza?
Aún no he recibido educación formal en física.
Después de escribir esta respuesta, me he dado cuenta de que hay un par de explicaciones alternativas que puede ser interesante mencionar, así que también las añado.
Lo que convierte algo en un agujero negro no es exactamente cuánta masa tiene, sino también lo compactado que está. En principio, cualquier cantidad de masa puede formar un agujero negro, siempre que se compacte lo suficiente.
El tamaño necesario para que cierta cantidad de masa forme un agujero negro se conoce como radio de Schwarzschild. A grandes rasgos , si eliges una cantidad de masa y consigues comprimirla por debajo del radio de Schwarzschild, tendrás un agujero negro. Viene dado por una sencilla expresión. A saber, $$R_S = \frac{2 G M}{c^2},$$ donde $M$ es la masa, $c$ es la velocidad de la luz, y $G$ es la constante gravitatoria de Newton (que en cierto modo mide la intensidad de la gravedad). Por ejemplo, para algo con la masa de la Tierra, el radio de Schwarzschild es aproximadamente $0.88$ cm, mientras que para el Sol es de $2.9$ km (debo admitir que no he vuelto a comprobar el cálculo, me fío de Google para estas cifras, pero son más o menos lo que recuerdo).
Por lo tanto, el agujero negro sigue siendo un agujero negro mientras se evapora porque se encoge mientras pierde masa, y siempre se encoge lo suficiente como para que siempre tenga el tamaño correcto.
La segunda forma de pensar es un poco menos familiar. Resulta que los agujeros negros no son realmente objetos, sino regiones del espaciotiempo. De hecho, esto es tan cierto que los agujeros negros son lo que llamamos soluciones de vacío: no hay materia en cualquier lugar en el espaciotiempo. Toda la masa del agujero negro está ahí debido a los efectos de la propia gravedad. Otra forma de pensar es que un agujero negro está tan colapsado que su masa se debe enteramente a la energía gravitatoria.
Es un poco más difícil entender este concepto, pero una vez que lo entiendes, el resto es más sencillo. El agujero negro permanece ahí porque no está "hecho" de nada. No hay una estrella justo debajo del horizonte de sucesos esperando a salir. No hay nada allí, sólo gravedad. A medida que pierde masa, la gravedad se debilita y se hace más pequeño, pero no hay nada detrás del horizonte que pueda salir.
La tercera explicación podría ser un poco más sencilla que la segunda. Una vez que algo cae en un agujero negro, Eso es. . No puede salir. Nunca. Por la propia definición de lo que es un agujero negro. Por lo tanto, a medida que el agujero se encoge, no hay forma de que algo pueda salir del agujero para ser su "cuerpo". Eso violaría el significado mismo de lo que es un agujero negro.
Esta es una respuesta simplificada. Dado que el OP no tiene una educación formal en Física, es posible que haya pasado por alto algunos detalles y matices aquí, pero hice todo lo posible para mantener la respuesta lo más fiel posible.
No se trata de una respuesta competidora, sino más bien complementaria.
Dices "capturar fotones" como si la gravedad fuera tan fuerte que los fotones no pudieran escapar, como la idea de la ciencia pop de que "la velocidad de escape es mayor que la velocidad de la luz". Para mí, ésta es una imagen equivocada. La relatividad general nos dice que lo que llamamos "gravedad" no es una fuerza; más bien, la presencia de masa y energía cambia las reglas de la geometría en las regiones cercanas a ellas de forma que hace que las trayectorias de los objetos se curven. No caes hacia la Tierra porque una fuerza tire de ti. Caes porque las trayectorias se curvan de tal manera que progresan hacia la Tierra.
Puedes pensarlo como si el espacio y el tiempo fueran una gran hoja de papel cuadriculado, que en el espacio vacío es plana y con líneas a 90°, pero cerca de una masa como la Tierra se curvan. Se curvan más y más cuanto más te acercas a la Tierra, pero antes de que se desvíen demasiado de ser rectas, chocarías con la superficie terrestre. Ahora, imagina que comprimes toda la materia de la Tierra en un espacio mucho más pequeño en su centro, de modo que las líneas pudieran seguir curvándose. En algún momento se curvarían tanto, la geometría cambiaría tanto, que hacia el exterior ya no es una dirección posible. No podrías alejarte más del centro cambiando de dirección o añadiendo velocidad, del mismo modo que ahora mismo no podrías viajar hacia atrás en el tiempo viajando en una dirección determinada o alcanzando una velocidad determinada (ni siquiera 88 mph). "Retroceder en el tiempo" simplemente no es una dirección disponible.
Un agujero negro es simplemente un objeto cuya masa se comprime tanto que la curvatura puede acercarse lo suficiente al centro como para alcanzar este estado crítico (radio de Schwartzchild) en el que ya no es posible salir. Pero no existe un tamaño mínimo. La Tierra podría convertirse en un agujero negro si se comprimiera como se ha descrito hasta menos de 1 cm. La razón por la que en realidad no observamos agujeros negros "pequeños" es que el único proceso conocido capaz de comprimir la materia hasta esos extremos, es el colapso de las estrellas. Y esto sólo puede ocurrir con una cierta masa mínima.
(Se especula que las partículas de rayos cósmicos que chocan contra la atmósfera a energías extremadamente altas podrían crear agujeros negros con la masa de unos pocos átomos, que Hawking evaporaría en nanosegundos. Pero esto no se ha demostrado).
Supongo que esta pregunta se refiere al comportamiento real de los agujeros negros diminutos. Que el objetivo es obtener algún tipo de intuición sobre lo que ocurre. Como tal, esta respuesta se centra en describir los últimos segundos de un agujero negro. Se responde a la pregunta, pero también se aclara el contexto.
En realidad, el agujero negro no permanece negro en absoluto . Se evapora. Cuanta más masa pierde por la radiación Hawking, más se calienta ésta y más rápidamente se evapora. Se trata de un proceso autoamplificador que alcanza una potencia infinita en un tiempo finito. En el último segundo de la vida del agujero "negro", la radiación Hawking se vuelve tan feroz que arrastra más energía de la que podrían suministrar todos los arsenales nucleares del planeta, todos juntos. ¡Magnitudes de energía! La radiación consistirá en rayos gamma cada vez más intensos, y en algunos puntos comenzarán a emitirse electrones/positrones, (anti)protones, (anti)neutrones y otras (anti)partículas en cantidades cada vez mayores. ¡Y toda esta radiación sale de una diminuta esfera comparable al tamaño de un protón!
Como tal, "capturar fotones" ya no es realmente una descripción del agujero negro que se evapora. Es una maldita fuente de fotones. No obstante, todo esto es radiación Hawking y no dice nada más sobre el interior del horizonte de sucesos que cualquier otro fotón Hawking emitido en las primeras y más frías etapas de la evaporación.
Y de todos modos, si algo no interactúa con un fotón, el fotón no puede decir nada sobre ello . Así, aunque el horizonte de sucesos se hace demasiado pequeño para interactuar con la radiación entrante de forma apreciable, no revela nada sobre sus entrañas. El horizonte de sucesos sigue siendo la mortaja impenetrable que engulle cualquier cosa de tamaño comparable al radio de Schwarzchild del agujero negro y menor .
La respuesta simplificada a su pregunta es la siguiente:
Un debate más largo.
Algunos otros puntos complementarios para ampliar otras respuestas.
Un agujero negro no es realmente un agujero en el sentido que usamos en la Tierra. Es un nombre, una etiqueta. Así que no nos obsesionemos con el nombre que usamos. Así que lo llamaré BH aquí.
La relatividad general nos dice que cualquier materia o energía (en realidad es lo mismo) curva el espaciotiempo. Es decir, modifica la geometría del propio espacio (entre otras cosas).
Si pones suficientes "cosas" en cualquier espacio, éste se tuerce lo suficiente como para que haya una región del espacio en la que cualquier cosa no pueda evitar moverse hacia dentro. Literalmente todas las direcciones, en todos los sentidos, están tan torcidas que * todas * apuntan hacia dentro. No hay ninguna dirección que le permite ir hacia el exterior, en absoluto.
Lo que esto significa es que cualquier cosa dentro de esa parte del espacio, sólo puede ir más "hacia" el centro de esa parte del espacio, nunca hacia fuera. Decimos que "todos los futuros (el futuro de cualquier objeto o energía) apuntan hacia dentro".
En ese sentido, es como tener una especie de "agujero negro". Es una parte del espacio de la que no puede salir la luz y, como en un agujero infinitamente profundo, todo lo que cae por el "borde" se pierde de vista para siempre. Nunca podrás acercarte lo suficiente al borde para ver a través de esa parte del espacio, porque la propia luz también cae hacia dentro.
La relatividad general se complica cuando se pregunta qué cuenta como "materia". Dado que materia y energía cuentan como la misma cosa, suficiente energía en un espacio suficientemente pequeño, crea también este efecto BH. Esta es la razón por la que algunas respuestas dicen que suficiente energía gravitacional por sí sola, puede crear y sostener un BH, con o sin materia.
A medida que un BH pierde energía de forma increíblemente lenta a través de la radiación Hawkings, la cantidad de "cosas" en su interior se reduce. Si estuviera repartida por igual por todas partes podría ser un problema. Pero no es así. Se ha trasladado al centro y ahora hay una cantidad infinita o casi infinita de materia densa en una parte infinitamente pequeña de la zona oculta del espacio. El límite puede encogerse, y siempre habrá suficiente materia en el centro para mantener un efecto BH, aunque para un volumen más pequeño de espacio.
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