Dinámica de partículas no testadas desde el interior de un horizonte de agujero negro

Question

Me parece que la mayoría de los argumentos a favor de la imposibilidad de comunicación desde más allá de la región del horizonte del agujero negro se basan en el escenario de la "partícula de prueba", en el que el objeto que cae es (muy) ligero con respecto a la masa del agujero negro. El argumento es el siguiente: todo, incluida la gravitación, se propaga a la velocidad $v \le c$ por lo que es en el futuro cono de luz que (el cono de luz) termina en la singularidad. QED.

¿Este argumento es válido también, sin excepción, para los objetos en caída muy masiva que contribuyen de forma importante por sí mismos a la modificación del espacio-tiempo? Imaginemos una estrella de neutrones que se encuentra justo debajo del horizonte dividida en dos partes (de forma no gravitatoria, utilizando por ejemplo una explosión atómica), que luego caen por separado sobre la singularidad siguiendo trayectorias diferentes. En el escenario alternativo la estrella de neutrones no está dividida....¿Las alternativas están completamente ocultas para el observador externo?

Permítanme presentarles un argumento simplista: Imaginemos que la estrella de neutrones cae directamente sobre la singularidad. En un escenario no dividido, la estrella de neutrones se aleja rápidamente del horizonte y no produce efectos de "ángulo polar" en el espacio-tiempo. En el escenario "dividido" dos partes pueden (en caso extremo) hacer muchas rotaciones (así que mucho tiempo) justo debajo del horizonte (casi velocidad $c$ ) cayendo lentamente. Por argumento de continuidad (las funciones son continuas) esperaría un efecto sobre el horizonte que está en su misma proximidad. Y el horizonte es un observable para el observador externo... Las masas no despreciables contribuyen durante la caída a la forma del horizonte, ¿no es así?

Answer 1

No conozco el mecanismo concreto que describes, pero en términos más generales estoy bastante seguro de que o bien se trata de un problema abierto o bien se sabe que la respuesta es afirmativa, que interacciones suficientemente energéticas pueden recuperar información del interior del horizonte.

La censura cósmica es un problema abierto y, de hecho, no estoy seguro de que haya acuerdo sobre cuál es la mejor manera de formular la censura cósmica: es más bien un programa de investigación abierto. Una de las formas habituales de intentar encontrar un contraejemplo a la censura cósmica ha sido buscar formas de depositar demasiada carga o momento angular en un agujero negro, convirtiéndolo en una singularidad desnuda. Por lo que sé, gente como Veronika Hubeny sigue trabajando en ello, y lo último que oí es que parecían bastante optimistas sobre la posibilidad de superar las dificultades técnicas y demostrar que hay contraejemplos a la censura cósmica que implican añadir demasiada carga a un agujero negro.

Así que, a menos que se haya demostrado que el objetivo del programa de investigación de Hubeny es imposible, es ciertamente una posibilidad abierta que se pueda extraer información del interior del horizonte de sucesos de un agujero negro (suponiendo que la información no se haya perdido ya en la singularidad). La violación de la censura cósmica en este tipo de escenario elimina por completo el horizonte de sucesos.

Al principio estaba un poco confuso con esto porque parecía que violaría la segunda ley de la termodinámica de los agujeros negros, es decir, que el programa de Hubeny sería trivialmente imposible. Pero hay algunos supuestos en el enunciado de la segunda ley, y uno de ellos parece ser esencialmente que se mantiene la censura cósmica. (Véase Jacobson, Conferencias introductorias sobre la termodinámica de los agujeros negros para esta caracterización. En la proposición 9.2.7 de Hawking y Ellis, p. 318, esta suposición está probablemente escondida en algún lugar del asunto sobre una superficie de Cauchy y un espacio regular predecible. No soy lo bastante hábil técnicamente para descifrarlo).

Si se argumenta que la respuesta es no, y que la información no se puede recuperar desde el interior del horizonte, entonces creo que como mínimo va a necesitar un montón de suposiciones, incluyendo una condición energética. La naturaleza de estos teoremas globales es que todos asumen alguna condición energética, así que creo que cualquier argumento que pretenda responder negativamente a esto sin invocar una condición energética tiene que estar equivocado.

Answer 2

El teorema de la singularidad de Penrose muestra que el colapso gravitatorio y las geodésicas atrapadas ocurren incluso si se eliminan los requisitos de partículas de prueba o simetría esférica de los argumentos estándar de Schwarzschild.

Del mismo modo, se podrían esgrimir argumentos de la termodinámica de los agujeros negros (es decir, los objetos que emergen del interior del agujero negro necesariamente disminuirán la entropía del universo) con el mismo efecto sin apelar a partículas de prueba o perturbaciones.