¿Los agujeros negros son esféricos durante la fusión?

He estado pensando en los agujeros negros, específicamente durante los últimos momentos antes de que dos se fusionen. Me pregunto si los agujeros negros, o supongo más específicamente sus horizontes de eventos, son siempre esféricos. Me parece que en los momentos antes de que dos se fusionen, sus respectivos horizontes de eventos se estirarán, algo así como la Luna causa las mareas de nuestro océano. He dibujado un diagrama (pobre) de cómo creo que se verán. Observe cómo los horizontes de eventos están más cerca de la singularidad en el lado interno, esto se debe a que la gravedad de cada agujero negro está en oposición. Los horizontes de eventos están más lejos de la singularidad en el lado externo porque la gravedad de cada agujero negro se suma.

black-hole gravity Ryan_L
fuente

Relevante, si no un engaño exacto, es el último punto en astronomía.stackexchange.com

questions/28610/…

Un problema con esta pregunta es que, por definición, un agujero negro es un lugar donde el espacio y el tiempo están bastante distorsionados y las cosas generalmente suceden con bastante rapidez. Entonces, simplemente preguntar qué forma tienen los horizontes de eventos en un momento particular no es realmente una pregunta bien definida. Definir qué eventos están ocurriendo al mismo tiempo es un proceso un tanto arbitrario dependiendo del observador, mientras que definir "forma" de manera significativa necesita bastante geometría diferencial. Las simulaciones de SXS ( black-holes.org ) hacen un intento y puede leer sus documentos para obtener más detalles.

Steve Linton

Incluso los agujeros negros individuales que tienen un momento angular distinto de cero (que "giran") tienen "formas" no esféricas .

StephenG

Respuestas:

No hay necesidad de adivinar. Hay una sólida investigación realizada en este campo. Incluso Wikipedia tiene alguna información:

A medida que dos agujeros negros se acercan, una forma de 'pico de pato' sobresale de cada uno de los dos horizontes de eventos hacia el otro. Esta protuberancia se extiende más y más estrecha hasta que se encuentra con la protuberancia del otro agujero negro. En este momento, el horizonte de eventos tiene una forma de X muy estrecha en el punto de encuentro. Las protuberancias se extienden en un hilo delgado. El punto de encuentro se expande a una conexión aproximadamente cilíndrica llamada puente.

https://en.wikipedia.org/wiki/Binary_black_hole#Shape

Hay trabajos de investigación con imágenes que muestran los resultados de los cálculos de la forma de los horizontes de eventos durante la fusión. Aquí hay un ejemplo:

La imagen de arriba está tomada de este documento:

Sobre horizontes toroidales en espirales binarias de agujeros negros

Examinamos la estructura del horizonte de eventos para simulaciones numéricas de dos agujeros negros que comienzan en una órbita cuasicircular, inspiral y finalmente se fusionan. Encontramos que la sección transversal espacial del horizonte de eventos fusionados tiene una topología esférica (hasta el límite de nuestra resolución), a pesar de la expectativa de que las fusiones binarias genéricas de agujeros negros en ausencia de simetrías deberían dar como resultado un horizonte de eventos que brevemente tenga una cruz toroidal sección.

Florin Andrei
fuente

+1 fotos preciosas. Aprecio cómo los ejes xyz en las esquinas no aportan absolutamente nada.

@ user28113 Las coordenadas tienen sentido en el contexto de la simulación descrita en el artículo. Estos son los resultados reales del análisis numérico, no "la impresión de un artista" del fenómeno.

Florin Andrei

@WhitePrime Los agujeros negros son básicamente espacio-tiempo poderosamente distorsionados. En la singularidad, nuestras matemáticas explotan, así que no tiene sentido hablar mucho sobre eso. El horizonte de eventos es el límite donde las cosas se vuelven diferentes de muchas maneras, pero no es una línea dibujada en la arena, ni es un "objeto sólido". Es más como el ecuador: sabes que está allí, puedes medirlo y calcularlo, pero no hay una línea blanca en el suelo que diga "ecuador". La forma del horizonte de eventos está influenciada por la rotación, otros cuerpos masivos cercanos, etc. Sería esférico para un agujero negro estático y aislado.

Florin Andrei

@ WhitePrime Lo hacen, sí. Pero las pelotas de goma no son las únicas cosas que pueden "tambalearse". El espacio-tiempo mismo puede tambalearse. Las partículas en una trampa magnética podrían tambalearse. Universos enteros podrían tambalearse si las condiciones son las correctas. "Bamboleo" simplemente significa que hay una fuerza que se opone a una deformación, y hace que el sistema vuelva al punto inicial, pero se sobrepasa y se deforma en la dirección opuesta, y luego vuelve a aparecer, etc. Muchas cosas pueden hacer esto.

Florin Andrei

Los anillos de humo cuadrados se tambalean. En cuanto al límite que se llama horizonte de eventos, es simplemente la demarcación de una región del espacio dentro de la cual nosotros, al estar fuera, no podemos asignar un "cuándo" a ningún evento que ocurra en el interior. Las cosas suceden allí, pero tendríamos que esperar una cantidad infinita de tiempo para verlo.

Draco18s

De la pregunta ¿Qué se puede aprender o señalar en este video de LIGO Orrery? podemos ver el video LIGO Orrery (que se inspiró en el alucinante Kepler Orrery IV ).

He hecho un pequeño GIF de baja calidad a partir de capturas de pantalla aquí, el video es mucho más interesante.

Ha sido difícil estar seguro de qué se representa exactamente como se menciona en esta respuesta, pero es probable que las superficies representen algo al menos un poco como un horizonte de eventos.

LIGO Orrery

UH oh
fuente