¿Pueden fusionarse los agujeros negros?

Question

Si el tiempo se detiene en el horizonte de sucesos, ¿podemos detectar alguna vez la fusión de dos agujeros negros? En otras palabras, si te encuentras a poca distancia, ¿podrías encontrar un esféricamente simétrico campo gravitatorio, o un dipolo ¿Campo?

Answer 1

http://www.aip.org/png/2006/256.htm ( versión archivada si el enlace no funciona)

http://www.youtube.com/watch?v=GAwO1okR074

Lo que hay que recordar siempre que se trate de rarezas del espaciotiempo en torno a objetos extremadamente densos es que lo que sucede es decir, lo que experimentan realmente los objetos en cuestión, puede ser completamente diferente de lo que parece ocurrir a un observador lejano .

Desde el punto de vista de las singularidades en el núcleo de cada agujero negro, se "arremolinan por el desagüe", sin problemas. Es decir, cada una entra en espiral cada vez más rápido, hasta que se fusionan. Las cosas se ponen un poco raras una vez que la singularidad más pequeña está dentro del horizonte de sucesos de la más grande, pero cualquier objeto pequeño que caiga en un agujero negro grande experimentará lo mismo. Por un lado, debido a la extrema curvatura del espaciotiempo (tan curvado que, de hecho, está cerrado, que es más o menos el sentido de un agujero negro) cada dirección que observa el agujero negro más pequeño es hacia el otro agujero negro . Es una forma de ver la ineludibilidad de un agujero negro.

Ahora bien, desde el punto de vista de un observador distante, a medida que los horizontes de sucesos de los agujeros negros se acercan más y más, las cosas hacen parece pero eso es sólo porque el tiempo, tal como lo experimentan los objetos en la vecindad inmediata de la fusión, se estira cada vez más. en comparación con el tiempo experimentado por el observador distante . No me canso de insistir en que la rareza SÓLO surge al comparar dos puntos de vista diferentes. Ni el observador distante ni el suicida que va de paseo con los agujeros negros (llámese Dr. Strangelove) experimentan otra cosa que el tiempo aparentemente normal*.

Según el observador distante, los agujeros negros en espiral arrastrarán consigo el espaciotiempo. Puedes imaginarte una cuadrícula de líneas dibujadas sobre una lámina de caucho o caramelo. Como el espaciotiempo tiene que ser "liso" en el sentido del cálculo, el movimiento no constante de los agujeros negros alrededor de cada uno de ellos debe transmitirse hacia fuera, algo así como ondas en tu rejilla de goma. Esto se llama radiación gravitacional .

Las cosas parecerán extrañas al observador distante a medida que los horizontes de sucesos se aproximen. Dado que el tiempo del Dr. Strangelove parece extenderse hasta el infinito, resulta tentador imaginar que el observador distante verá una imagen normal de él, simplemente ondeando a cámara lenta como el tiempo bala efectos especiales de la serie de películas Matrix. ¡Eso se pierde una parte importante! Dado que todos los aspectos del tiempo del Dr. Strangelove parecen ralentizarse con respecto a nosotros, los fotones que emite mientras ondea hacia atrás se separan cada vez más, y también se estiran, de modo que los fotones inicialmente azules se vuelven verdes, luego amarillos, naranjas, rojos, infrarrojos, de radio, etc. Así que, a medida que el Dr. Strangelove se acerca al agujero negro, la rareza más pronunciada que vemos no es en realidad la ralentización, directamente, sino más bien desvanecimiento cada vez más tenue y más roja.

Del mismo modo, si pudiéramos ver directamente el espaciotiempo alrededor de la fusión, también veríamos cómo las ondulaciones se desvanecen hasta volverse "rojas". En un tiempo finito, incluso según el observador distante, veríamos toda la acción y los detalles desvanecerse al rojo mientras se ralentiza, dejando sólo el único agujero negro fusionado.

*OK, técnicamente, si el Dr. Strangelove tiene un tamaño finito, entonces su cabeza y sus pies tendrán experiencias diferentes, pero eso está fuera del alcance de esta investigación.

EDIT: Por cierto, la gravitacional campo puede tener momentos mono y dipolares, pero la radiación gravitatoria es cuadrupolo

Answer 2

Un sistema binario de agujeros negros -suponiendo que no haya materia en inflexión- sería detectable por las ondas gravitacionales que emite. A medida que se acerquen en espiral, las ondas se harán más cortas e intensas (creo), y finalmente se detendrán por completo cuando se fusionen. No es exactamente un campo dipolar (aunque sé a qué te refieres), ya que ambos polos tienen el mismo "signo". Según tengo entendido, se puede distinguir la diferencia entre una estrella masiva y un sistema binario relativamente igual desde una distancia lo suficientemente cercana. Desde más lejos, por supuesto, todo parece una fuente puntual.

Answer 3

Como observador lejano podemos ver la sombra de los agujeros negros formándose delante de las estrellas de fondo. Según un bonito artículo de Daisuke Nitta, Takeshi Chiba y Naoshi Sugiyama ("Shadows of Colliding Black Holes, 2011"), la respuesta es sí. Para un observador distante en un lapso de tiempo finito dos agujeros negros forman una sombra que es indistinguible de la de un solo agujero negro. Yo "conjeturaría" que en un lapso de tiempo similar el campo gravitatorio alrededor del par también sería el mismo que el de un único agujero negro. La cuestión de si los agujeros negros "realmente" se fusionan no tiene respuesta en el sentido de que nunca podremos saber lo que ocurre realmente en nuestro universo; tenemos que lidiar con observables limitados...

Answer 4

(Intenté varias veces "Añadir comentario" esto al post de @Andrew pero nunca funcionó)

Presumiblemente, un observador situado fuera del horizonte de sucesos siempre podría ver al Dr. Strangelove iluminándolo con una luz. La luz se desplazaría en azul hacia abajo y en rojo hacia arriba. Suponiendo que el Dr. S. refleje rayos gamma, la luz no se desplazaría después del viaje de ida y vuelta.

Mi confusión proviene de lo que seríamos capaces de detectar durante una fusión. Se están construyendo dispositivos para detectar las ondas gravitatorias de los agujeros negros en fusión. ¿Son estas ondas de lo que ocurre justo antes de que los agujeros negros se fusionen, o un producto de la propia fusión?

He aquí un experimento mental. Dos agujeros negros giran uno alrededor del otro con sus horizontes de sucesos a corta distancia. Un observador (por coherencia cinematográfica, llamémosle Coronel "Bat" Guano) orbita en el mismo plano un poco más alejado. Su órbita no es circular, ya que el campo gravitatorio de los dos agujeros negros no es esféricamente simétrico. Para un único agujero negro sí lo es.

Los agujeros negros ahora se acercan un poco más y se fusionan*. Bat está ahora en una órbita circular, o no lo está. Si lo está, entonces la fusión (medida por el universo fuera del horizonte de sucesos) ocurrió en un momento determinado. No se extiende a lo largo de un periodo de tiempo infinito.

Estoy de acuerdo con @Ben, si estás lejos, la diferencia de campo es difícil de detectar. Pero parece que cerca de un agujero negro supermasivo debería haber una diferencia medible entre tener millones de masas solares en un anillo en el "ecuador" del agujero negro frente a todas concentradas en el centro.

*A medida que los agujeros negros se acercan, ¿ve Bat que la velocidad de rotación aumenta debido a la conservación del momento angular, o disminuye debido a los efectos relativistas generales más cerca del horizonte de sucesos? Tengo que parar ahora, me duele la cabeza...