Hasta donde entiendo, en los eventos detectados por LIGO, aproximadamente el 4% de la masa total de la fusión de agujeros negros binarios se convirtió en ondas gravitacionales.
¿De dónde viene esta energía, es decir, qué se convierte exactamente en ondas gravitacionales?
¿Es simplemente la energía cinética de los objetos que se fusionan (las velocidades de estos objetos antes de la fusión son enormes, hasta un 60% de c si recuerdo correctamente), por lo que significa que la emisión de ondas gravitacionales los hace orbitar más lentamente, pero conservan sus masas originales? ¿O los objetos compactos realmente pierden masa "real", lo que significa que se vuelven más ligeros y, en caso de BH, su radio cambia en consecuencia?
Como ejemplo, supongamos dos BH, ambos con 50 masas solares, orbitando entre sí lo suficientemente lejos (digamos 1 año luz) para que los GW ni la energía cinética no tengan importancia para estas mediciones de masa iniciales. Durante la fusión, deberían irradiar alrededor de 5 masas solares en GW. ¿Tendría el agujero negro resultante una masa de 95 o 100 masas solares?
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Respuestas:
Irradiar ondas gravitacionales hace que una órbita binaria inspiradora se acerque y sea más rápida. (Rob Jefferies)
La fuente de energía tanto para el aumento de la energía cinética como para la radiación gravitacional es la misma: energía potencial gravitacional. (PM 2 Anillo)
Dos agujeros negros a una distancia de 1 año luz tienen una gran cantidad de energía potencial, alrededor de 10 ^ 48 julios de energía potencial. A medida que giran en espiral, una cantidad significativa de esa energía se irradia como ondas gravitacionales
Esta es una verdadera masa perdida. La masa del agujero negro resultante es menor que la suma de los dos agujeros negros que se fusionan, aunque en ningún momento ningún agujero negro se vuelve más pequeño.
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Como Rob señaló correctamente, la emisión de ondas gravitacionales reduce la energía orbital y da como resultado una inspiración. Esta reducción en la energía total también reduce la masa del BH final, ya que . La mayor parte de la energía de la onda gravitacional se emite (y energía = masa perdida) en el chirrido final, cuando la separación se acerca al radio de Schwarzschild.E=mc2
Para cuantificar esto, simplemente hagamos un cálculo de presupuesto de energía simple, comenzando desde dos BH de masa igual de masa orbitando entre sí a la distancia en una órbita circular. Entonces la energía orbital es donde el radio de Schwarzschild de cada BH y hemos asumido que tal que la órbita es Kepleriana. La energía inicial total viene dada por las energías de masa en reposo más la energía orbital como Después de la fusión, un remanente de masaM∙ d
El déficit de masa es incluso mayor que la energía radiada si el remanente ha sufrido una patada de velocidad considerable, tal que (causada por la radiación de onda gravitacional asimétrica).v≠0
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