Agujero negro sin singularidad?

Mi pregunta es sobre la equivalencia de tener un horizonte de eventos y tener una singularidad.

Por un lado, la implicación parece bastante obvia:

• Una singularidad implica tener un horizonte de eventos y, por lo tanto, un agujero negro. Dado que la masa se comprime en un espacio de volumen cero, si te acercas lo suficiente, habrá un punto donde la velocidad de escape será mayor que la velocidad de la luz, por lo que obtendrás un agujero negro por definición.

¿Pero qué pasa con lo contrario? ¿Tener un horizonte de eventos implica la existencia de una singularidad?

¿Podría ser que tienes una estrella de neutrones lo suficientemente masiva como para alcanzar una velocidad de escape igual a la velocidad de la luz pero no lo suficientemente fuerte como para hacer colapsar la materia?

Incluso si tal estrella no puede existir porque la fuerza fuerte colapsa antes de alcanzar un horizonte de eventos, esto no significa una equivalencia.

Simplemente significa que para algún valor específico de la fuerza máxima máxima esto no es posible, pero ahora imagina una materia exótica imaginaria que tiene una fuerza fuerte mucho mayor.

Para tal materia de "ciencia ficción", sería posible alcanzar un horizonte de eventos sin colapsar a una singularidad, ¿verdad?

¿O es realmente una equivalencia entre estos dos conceptos, de modo que no importa cuán resistente sea la materia al colapso, nunca alcanzará un horizonte de eventos?

¿Tener un horizonte de eventos implica la existencia de una singularidad?

Un horizonte de eventos no es un componente inherente de ningún objeto dado. No es como una vez que una estrella se convierte en un agujero negro, de repente obtiene un horizonte de eventos. El horizonte de sucesos es simplemente un límite matemático que define la distancia desde una masa donde la velocidad de escape es igual a la velocidad de la luz. Puedo calcular tal límite para un agujero negro, para el Sol, la Tierra o incluso para ti. Entonces, supongo que la respuesta aquí es no, tener un horizonte de eventos no implica la existencia de una singularidad .$M$

¿Podría ser que tienes una estrella de neutrones lo suficientemente masiva como para alcanzar una velocidad de escape igual a la velocidad de la luz pero no lo suficientemente fuerte como para hacer colapsar la materia?

La respuesta aquí, técnicamente, es no. La razón es que una vez que requiere una velocidad mayor o igual a la velocidad de la luz para escapar de su objeto, es necesariamente un agujero negro. Esa es la definición de un agujero negro. Eso significa que esta estrella de neutrones que propones es en realidad un agujero negro. Otra definición equivalente de un agujero negro es cualquier objeto cuya masa se concentra dentro del horizonte de eventos de ese objeto.

Pero aún podría preguntar, ¿podría tener un agujero negro donde la masa dentro del horizonte de eventos no sea una singularidad? Esto requeriría algún tipo de apoyo para evitar que el asunto colapse a la singularidad. La respuesta a esto es que actualmente se desconoce. El problema es que dentro de los horizontes de eventos, de repente necesitas trabajar con la teoría de los campos genéticos y cuánticos, pero esas dos teorías no funcionan bien. En su lugar, debería usar una teoría de la gravedad cuántica, pero esta teoría no se ha desarrollado. Entonces, en última instancia, cualquier respuesta a esto sería una suposición hasta que esta teoría se desarrolle por completo.

Una estrella de neutrones real comenzaría a colapsar cuando la fuerza de su gravedad exceda la fuerza de la presión de degeneración de neutrones, antes de que tenga un horizonte de eventos.

A medida que se acerca al horizonte de eventos, la fuerza requerida para evitar que una masa estacionaria caiga en infinitos enfoques. Por lo tanto, no creo que ninguna fuerza finita, ficticia o de otro tipo, pueda mantener una estrella en forma de estrella después de alcanzar la densidad crítica en la que tiene un horizonte de eventos.

Dicho esto, predecir exactamente lo que sucede en el horizonte de eventos o dentro de él probablemente requeriría una teoría cuántica de la gravedad, y no tengo una de esas.

Singularidad significa "mi teoría no funciona aquí". En otras palabras, GR no puede predecir lo que sucede en el punto, por lo que llama a este punto una singularidad.

Lo más importante es no confundir el mapa con el territorio. GR es el mapa, un verdadero agujero negro es el territorio. GR es el mapa que nos permite predecir lo que encontraremos en el territorio.

Si el mapa dice "no sé realmente sobre este punto", realmente no deberías esperar que cuando entres al territorio veas una Cosa Infinita Inconmensurable allí. Está muy en contra de nuestra experiencia histórica. Hasta la fecha, una y otra vez observamos cosas finitas normales en el territorio, pero nunca hemos visto cosas infinitas inconmensurables. En todos los casos, cuando un viejo mapa decía que veríamos infinito, descubrimos que las medidas de un territorio eran finitas y falsificaban ese mapa (esa teoría).

Entonces parece que deberíamos esperar singularidad como palabra para referirnos solo al mapa. Realmente no deberías esperar observar una singularidad (una cosa del mapa) cuando tu nave real entra en un agujero negro (una cosa de territorio).

Podría resultar que GR tiene aproximadamente la razón sobre un horizonte de eventos, pero ya sabemos que no es lo suficientemente bueno para describir lo que está en el centro.

La respuesta específica sobre la cuestión de una estrella de neutrones que desaparece dentro de un horizonte de eventos pero que permanece en algún tipo de equilibrio es no. Al menos, no es según General Relativity, que es el único juego respetable en la ciudad en la actualidad.

No es por dos razones. En primer lugar, en GR, la presión que soporta una estrella también es una fuente de gravedad (o curvatura espacio-temporal). La presión creciente requerida para soportar una estrella de neutrones en aumento$M/R$finalmente se vuelve autodestructivo, independientemente de qué mecanismo o partícula proporcione esa presión. Este límite se alcanza en aproximadamente 1.2 a 1.4 radios de Schwarzschild (dependiendo de cómo se relacionan la presión y la densidad del material), y los objetos estables no pueden ser más pequeños.

En segundo lugar, las matemáticas de GR muestran claramente que dentro del horizonte de eventos un objeto no puede ser estacionario y que su coordenada radial debe disminuir y una singularidad (o un desglose en GR como $r \rightarrow 0$ si lo prefiere) se formará en una escala de tiempo de $\sim r_s/c$, dónde $r_s$es el radio de Schwarzschild. Esto es tan inevitable como el aumento del tiempo está fuera del horizonte de eventos.

Los detalles pueden ser ligeramente diferentes para un BH giratorio (Kerr). Todavía se espera la formación de una singularidad, pero un Kerr BH aislado puede formar una singularidad similar a un anillo . Esto no altera la imposibilidad de tener un objeto estable / estático dentro del horizonte de eventos (en GR) y se espera que se forme una "singularidad".

Zephyr tiene razón en que necesitaría la gravedad cuántica para comprender realmente lo que sucede dentro de los horizontes de eventos. Pero la descripción tradicional de lo que sucedería dentro del horizonte de eventos de un agujero negro (más o menos ignorando la mecánica cuántica) es que no hay fuerza que pueda evitar que la materia forme una singularidad. El sistema de coordenadas dentro del horizonte de eventos es tal que, hablando groseramente, la dirección futura apunta hacia el centro. Por lo tanto, no puede tener una pila de materia lo suficientemente densa como para caber dentro de un horizonte de eventos, y al mismo tiempo lo suficientemente fuerte como para no colapsar a una singularidad.

Un agujero negro puede ser de cualquier tamaño. Podría ser del tamaño de un sistema planetario. Dada una distribución específica de la materia, creo que no necesariamente necesita una singularidad para estar presente.

Pero dado el hecho de que la materia dentro del agujero negro no puede escapar, eventualmente se acercará cada vez más y terminará creando esa singularidad.

Incluso si imaginamos un agujero negro de cuerpo rígido con estructuras para evitar que explote, la entropía interna eventualmente colapsaría esas estructuras y aún obtendría una singularidad bastante rápido.

Todo eso se basa en mi comprensión de los agujeros negros, no soy un científico. Me encantaría que alguien me dijera si entiendo correctamente.