¿Se pueden distinguir los gravastares de los agujeros negros?

Question

¿Son las observaciones de la radiación Hawking en el horizonte de sucesos acústicos en Condensados de Bose-Einstein coherente con gravastars ?

Para conciliar la segunda ley de la termodinámica con la existencia de un horizonte de sucesos en un agujero negro, se dice necesariamente que los agujeros negros contienen una entropía elevada, mientras que las gravastares no. Un horizonte de sucesos formado a partir de la intensa gravedad de una estrella en colapso, suficiente para obligar a la materia a cambiar de fase transformándose en condensado de Bose-Einstein, sería tal que la materia cercana se reemitiría como otra forma de energía, y toda la materia que entrara en contacto con el propio horizonte de sucesos se incorporaría.

Así pues, parece razonable preguntarse si los agujeros negros se distinguen de las gravastares, ya que las gravastares parecen ser mejores emisores y los agujeros negros mejores sumideros de entropía. ¿Qué parecen sugerir las observaciones de la radiación Hawking de los agujeros negros acústicos del condensado de Bose-Einstein?

Answer 1

Realidad: la cuantización de la gravedad se encuentra aún en fase de investigación, sólo se utilizan teorías de campo cuantizadas efectivas.

Es un hecho: gravastars ( tuve que buscarlo) pertenecen a una propuesta para cuantizar la gravedad, que no es particularmente dominante en la investigación .

Un gravastar es un objeto propuesto en astrofísica como alternativa a la teoría de los agujeros negros por Pawel O. Mazur y Emil Mottola. Resulta de asumir limitaciones físicas reales a la formación de agujeros negros. Estos límites, como los cuantos de longitud y tiempo discretos (chronon), no se conocían cuando se teorizó originalmente sobre los agujeros negros, por lo que el concepto de gravastar es un intento de "modernizar" la teoría incorporando la mecánica cuántica. El término "gravastar" es un portmanteau de las palabras "Gravitational Vacuum Star" (estrella del vacío gravitatorio).

Los cronones pertenecen a esta hipótesis específica de sustitución de los agujeros negros por un equivalente mecánico cuántico, y es la primera vez que los conozco, a pesar de ser físico de partículas.

La cuestión

Así pues, parece razonable preguntarse si los agujeros negros se distinguen de las gravastares, ya que las gravastares parecen ser mejores emisores, y los agujeros negros mejores sumideros de entropía.

es comparar manzanas con naranjas. Los agujeros negros provienen de la Relatividad General clásica. Las gravastares pertenecen a un modelo de relatividad general cuantizada.

(La aplicación de la teoría cuántica de campos en el horizonte de un agujero negro que da raditaión de Hawking, no hace que el agujero negro pase de ser una singularidad clásica a una gravitacional cuantizada).

Las teorías de cuerdas permiten la gravedad cuantizada y, al mismo tiempo, pueden integrar el modelo estándar de la física de partículas.

Existe un modelo basado en la teoría de cuerdas que convierte los agujeros negros en pelusas .

La teoría de la bola de pelusa sustituye la singularidad en el corazón de un agujero negro por la hipótesis de que toda la región dentro del horizonte de sucesos del agujero negro es en realidad una bola de cuerdas, que se avanzan como los bloques de construcción definitivos de la materia y la energía.

Dado que los físicos esperan un modelo definitivo de cuantización de la gravedad en el futuro, es fuzzballs ( y otras propuestas similares en la cuantización de la gravedad) que deben compararse con gravastares, no con agujeros negros clásicos. Y luego hay que buscar pruebas experimentales.

Answer 2

Si insistimos en limitarnos a los análogos acústicos,

El efecto "Hawking" en los sistemas acústicos procede del comportamiento de la mecánica ondulatoria en torno a lo que, en términos muy generales, es un horizonte de sucesos; una región en la que las características del fluido apuntan todas en la misma dirección. El sistema emite ondas sonoras con un espectro térmico. Esta analogía se basa en que el agujero negro es realmente un agujero negro.

Si los agujeros negros reales son de hecho ``gravastares'', o lo que sea, entonces tendrían una física diferente de la que intentan modelar las simulaciones acústicas de agujeros negros. Los análogos fluidomecánicos seguirían siendo análogos a los agujeros negros de la relatividad general, y no a los objetos astrofísicos reales. Así que no se podrían determinar sus propiedades estudiando sistemas de agujeros negros tontos.

Tal vez piense que cualquier mecanismo que obligue a los agujeros negros a ser "Gravastars", etc, se mantendría también en el caso fluido-mecánico. Pero no hay ninguna razón para esperar esto; la mecánica de ondas que da un comportamiento similar al de Hawking en torno a los agujeros tontos es perfectamente mundana y está establecida, no hay ninguna paradoja de la información de los agujeros negros que deba evitarse en este caso, y nada análogo a la supuesta cuantización del espaciotiempo en la que suelen basarse tales ideas.

Answer 3

La radiación Hawking (que no se ha observado experimentalmente en absoluto, y mucho menos con la resolución suficiente para utilizarla con fines de diagnóstico) no es realmente el camino a seguir en este caso. La mejor opción es la detección de ondas gravitacionales tras la fusión de agujeros negros binarios.

Enlazo a una Sinopsis de la PRL que resume una línea de trabajos que plantean más o menos tu pregunta: https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.116.171101 en términos del mencionado efecto ringdown.

Tras la fusión de un agujero negro, el horizonte de sucesos, ahora aislado, se encuentra en un estado de no-equilibrio. Aproximadamente debido al teorema del no-pelo, el agujero negro fusionado tiene que irradiar sus asimetrías, convergiendo hacia una solución de Kerr. Los bamboleos en el horizonte aparente resultantes se asemejan a un anillo girando alrededor de un polo, por lo que el proceso se denomina "ringdown". Los detalles de este proceso pueden calcularse con gran precisión a partir de la teoría analítica de perturbaciones.

La línea de artículos anterior argumenta que la señal emitida por este proceso es, de hecho, diferente de un agujero negro frente a otros objetos similares. El ejemplo que utilizan es un agujero de gusano, pero se trata más de una prueba de principio que de una sugerencia seria de que los agujeros de gusano existen. Un agujero de gusano tiene dos anillos luminosos en lugar de uno, lo que provoca un efecto de cavidad resonante cuando la señal del anillo se dispersa en cada uno de ellos. El resultado es una modulación visible en la señal de anillo descendente que no se produce en los agujeros negros.

Artículos posteriores muestran efectos similares para objetos compactos que no son agujeros negros. Una onda gravitatoria que caiga en un horizonte de sucesos nunca saldrá, y no habrá modulación adicional. Pero un pozo gravitatorio meramente profundo tiene dos bordes, lo que provoca un efecto de cavidad similar (pero más débil) al del agujero de gusano. La onda se dispersa ambos bordes del pozo gravitatorio, ya que primero cae y luego vuelve a salir.

No obstante, hay que señalar que, por principio, nunca se puede demostrar que un objeto sea un agujero negro. Supongamos, por ejemplo, que me encuentro en el centro de una estrella en colapso. Espero unos segundos Planck antes de que se forme el horizonte de sucesos y hago estallar una bomba que detiene el colapso. No hay agujero negro y, al final, los observadores de la Tierra verán cómo la estrella vuelve a explotar. Pero debido a la dilatación gravitacional del tiempo, esto podría llevar muchos miles de millones de años de tiempo terrestre, durante los cuales la estrella en colapso parecería idéntica a un agujero negro.