Wenn sich zwei Horizonte von Schwarzen Löchern überlappen (berühren), können sie sich dann jemals wieder trennen?


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Hypothetische Frage, basierend auf meinem Verständnis, dass zwei sich überlappende Ereignishorizonte (Berührungen) sich nie wieder trennen können:

Stellen Sie sich vor, ein Schwarzes Loch mit einer Sonnenmasse von 1 Milliarde (der Ereignishorizont ist also massiv und sehr gravitationsschwach) bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 0,9 c durch den leeren, flachen intergalaktischen Raum. Stellen Sie sich nun ein identisches Schwarzes Loch mit 1 Milliarde Sonnenmassen vor, das sich bei 0,9 c bewegt, aber genau in die entgegengesetzte Richtung, sodass die beiden sich grob aufeinander zubewegen. Die Pfade der Schwarzen Löcher befinden sich nach Berücksichtigung aller Raum-Zeit-Verzerrungen nicht auf einer direkten Kollision, sondern die äußersten Ränder der Ereignishorizonte "kürzen" sich nur gegenseitig und überlappen sich normalerweise nur für einen Bruchteil einer Nanosekunde Diese beiden Körper bewegen sich mit unglaublich hohen Geschwindigkeiten und in entgegengesetzte Richtungen zueinander.

Also, habe ich erstens Recht, wenn sich zwei Ereignishorizonte überlappen, können sie sich nie "öffnen"?

Zweitens, was würde mit dieser unglaublichen Dynamik der Schwarzen Löcher geschehen? Wird es sofort in Gravitationsenergie umgewandelt? Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass Schwarze Löcher normalerweise verschmelzen, geschieht dies sehr langsam, da sich Schwarze Löcher über Millionen von Jahren langsam näher und näher kommen und dabei Gravitationsenergie abgeben, also nicht in einem Bruchteil einer Nanosekunde wie in diesem Fall.

Und drittens, wie würde das aussehen? Würden die Ereignishorizonte ziemlich kugelförmig bleiben und die ausgestrahlte Energie einfach nur verrückt sein, oder würden sie sich strecken und in eine Art langen, dünnen, elastischen Ereignishorizont verziehen, wenn sie aneinander vorbeischießen und sich dann mit der Zeit verlangsamen und aneinander reißen?


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FWIW, wenn sie genau aufeinander zufahren würden, wäre ihre relative Geschwindigkeit 180c / 181, ungefähr 0,9945c. Laut vttoth.com/CMS/physics-notes/311-hawking-radiation-calculator beträgt ihr EH-Radius etwa 9853 Lichtsekunden. Und vergessen Sie nicht, dass sie auch einen enormen relativen Drehimpuls haben.
PM 2Ring

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Um die Dinge noch aufzupeppen, nehmen wir an, sie drehen sich bereits an der Grenze von Kerr in entgegengesetzte Richtungen.
Loadwick

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Nun, SMBHs neigen sowieso dazu, sich ziemlich nahe am Limit zu drehen. Das ist also nicht unrealistisch, im Gegensatz zu der relativen Geschwindigkeit, die Sie ihnen gegeben haben. ;) Aber es wird eine ohnehin schwierige Rechnung noch schwieriger machen. Es gibt keine analytische Lösung für das allgemeine 2-Körper-Problem in GR, daher müssen Sie auf numerische Methoden zurückgreifen, und der Versuch, ein Paar SMBHs mit relativistischer Geschwindigkeit zu handhaben, erfordert einige sehr schwere Zahlen, um eine Schätzung zu erhalten, die vage vertrauenswürdig ist.
PM 2Ring


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FWIW, vor ein oder zwei Monaten gab es auf xkcd einen Thread zu diesem Thema: Ist es möglich, mit einem anderen Schwarzen Loch aus einem Schwarzen Loch zu entkommen?
PM 2Ring

Antworten:


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Sie haben bereits einige gute Antworten, aber ich werde nur versuchen, eine intuitivere Lösung dafür zu finden, warum sich die Ereignishorizonte nie wieder trennen, wenn sie sich überlappen:
Stellen Sie sich zunächst einen Staubfleck vor, der in das Innere eines Schwarzen Lochs gelangt . Ich glaube, wir sind uns einig, dass dieser Fleck dem Schwarzen Loch niemals entkommen kann, weil hinter dem Ereignishorizont nichts zurückkehren kann.
Stellen Sie sich nun denselben Staubfleck vor, aber innerhalb der überlappenden Teile des EH von zwei schwarzen Löchern, die sich gegenseitig passieren. Dieser Staubfleck entweicht niemals einem dieser beiden schwarzen Löcher, da er sich innerhalb des EH von beiden befindet. Wenn sich diese Schwarzen Löcher wieder trennen könnten, würde der zwischen ihnen gefangene Fleck offensichtlich mindestens einem der Schwarzen Löcher entkommen, nachdem er sich hinter seinem Ereignishorizont befunden hat.
Da dies nicht passieren kann, werden die beiden Schwarzen Löcher an dem Punkt vereint, an dem sich ihre Ereignishorizonte überlappen, unabhängig von ihrer Geschwindigkeit.


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Dies ist eine großartige intuitive Erklärung für Laien, die nebenbei surfen!
Daniel B.,

Ich mag diese Visualisierung, ich gehe davon aus, dass es immer noch möglich ist, mit Quantentunneln zu entkommen. Aber größtenteils irrelevant, es sei denn, wir lernen, das Quantentunneln für die Bewegung von Instantiierungen zu steuern. Wie auch immer, ich stimme Ihnen zu und aus diesem Grund denke ich, dass sich der EH wie ein Gummiband dehnen und verziehen würde. Es kann sich nicht trennen, aber es kann auch nicht sofort aufhören.
Loadwick

Dies ist so ziemlich das Argument in der Zeitung von Stephen Hawking.
Steve Linton

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Sie brauchen nicht einmal einen Staubfleck. Jedes Partikel macht das Gleiche - sogar ein virtuelles Partikel. Und es gibt immer virtuelle Partikel.
Loren Pechtel

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Dies erscheint mir nicht als intuitive Erklärung; Die Logik scheint rigoros und unwiderlegbar. Verständlich! = Intuitiv ;-).
Peter - Reinstate Monica

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Wenn sich die Ereignishorizonte jemals berühren und zu einer zusammenhängenden Oberfläche werden, ist ihr Schicksal besiegelt - die beiden schwarzen Löcher verschmelzen vollständig. Sie können sich nie wieder trennen, egal was passiert.

Es gibt verschiedene Erklärungsmöglichkeiten mit unterschiedlicher Strenge.

Eine intuitive Erklärung ist, dass die Fluchtgeschwindigkeit am Ereignishorizont der Lichtgeschwindigkeit entspricht. Aber nichts kann sich so schnell bewegen wie Licht, nicht einmal ein schwarzes Loch. Damit sich die beiden Schwarzen Löcher trennen, müssten Teile des einen dem anderen "entkommen" oder sich schneller als Licht bewegen, was unmöglich ist.

BEARBEITEN : Eine weitere intuitive "Erklärung" (auch bekannt als viel Handwinken) - innerhalb des Ereignishorizonts führen alle Flugbahnen in die Mitte. Es gibt keinen Weg von irgendwo innerhalb des Horizonts nach außen. Egal in welche Richtung Sie abbiegen, Sie schauen in die Mitte. Egal wie Sie sich bewegen, Sie bewegen sich in Richtung Zentrum. Wenn die Ereignishorizonte verschmolzen wären, müssten sich Teile von ihnen "vom Zentrum weg" (oder von einem der Zentren weg) bewegen, damit sich die Schwarzen Löcher wieder aufteilen, was nicht möglich ist.

Alles oben Genannte ist ungefähr so ​​"rigoros" wie das "Erklären" der allgemeinen Relativitätstheorie mit Stahlkugeln auf einer Gummiplatte. Es ist nur eine Metapher.

Weitere Informationen finden Sie in diesem Artikel von Stephen Hawking:

Schwarze Löcher in der Allgemeinen Relativitätstheorie

Mit zunehmender Zeit können sich Schwarze Löcher zusammenschließen und neue Schwarze Löcher entstehen, wenn weitere Körper zusammenbrechen, aber ein Schwarzes Loch kann sich niemals aufteilen. (Seite 156)


BEARBEITEN : Event-Horizonte "schneiden sich nicht einfach gegenseitig". Perfekt sphärische Ereignishorizonte sind eine theoretische Abstraktion (ein nicht rotierendes Schwarzes Loch in einem ansonsten leeren Universum). In Wirklichkeit wird alles in der Nähe eines BH den Ereignishorizont deformieren, der auf diese Masse "hinausreicht". Wenn es sich um eine kleine Masse handelt, ist der Effekt vernachlässigbar.

Aber wenn sich zwei Schwarze Löcher nähern, werden die EH eiförmig, als wollten sie sich berühren. Wenn sie nahe genug sind, wird sich irgendwann eine sehr schmale Brücke dazwischen bilden, und die EHs werden verschmelzen. In diesem Moment ist die vollständige Fusion beschlossen und wird mit absoluter Sicherheit fortgesetzt, bis sie abgeschlossen ist. Nichts kann es aufhalten.

Siehe diese Antwort:

Sind schwarze Löcher während der Fusion kugelförmig?


Was würde mit dieser unglaublichen Dynamik der Schwarzen Löcher geschehen?

Das resultierende Schwarze Loch nach dem Zusammenschluss wird eine Menge Spin haben, wenn die Kollision nicht perfekt frontal ist. Was auch immer Energie nicht in Spin gestopft werden kann, wird wahrscheinlich als Gravitationswellen abgestrahlt (wie andere bereits in Kommentaren zu Ihrer Frage angedeutet haben).


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Wenn sich die beiden EHs berühren, befinden sich die Mitten der Schwarzen Löcher immer noch nicht im Ereignishorizont des anderen. Abhängig von ihrer Größe sind die Zentren möglicherweise ziemlich weit vom Veranstaltungshorizont der anderen entfernt. Wenn sie also schnell genug sind, können sie auch nach dem Verschmelzen der Veranstaltungshorizonte entkommen.
Rob

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@Rob Das Zentrum ist nicht privilegiert. Vergiss die Mitte. Sobald die Brücke erstellt wurde, ist es in jeder Hinsicht ein schwarzes Loch. Es gibt keine "Überlappung", Ihr Bild ist falsch - die beiden Entitäten haben sich bereits zusammengeschlossen, es gibt einen einzigen Ereignishorizont, nicht zwei (siehe die Antwort, die ich am Ende verlinkt habe). Und Sie können keine Abschnitte von einem Ereignishorizont trennen, egal was Sie tun. Vergiss den 0.999c, das ist nichts. Den meisten Menschen ist nicht klar, wie wirklich verwürfelt die Raumzeit innerhalb des Ereignishorizonts ist. Es gibt wirklich keinen Ausweg, es ist keine Redewendung.
Florin Andrei

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Ich schätze, es fällt mir schwer, mich in meinem Kopf zu versöhnen, wenn die Singularität (vorausgesetzt, die gesamte Materie befindet sich an einem einzigen Punkt) keinen anderen Ereignishorizont überschreitet - warum sollte sie nicht in der Lage sein zu entkommen? Ich verstehe jedoch, dass die Ereignishorizonte verschmelzen, wenn wir uns vorstellen, dass die beiden Singularitäten (sicherlich verschmelzen sie nicht sofort?) Einen eigenen Schwarzschild-Radius haben. Warum sollten ihre Schnittpunkte für ihre jeweiligen Singularitäten zum Scheitern verurteilt sein? Wenn eine Sonne einen Ereignishorizont teilweise überschreitet, kann ich mir vorstellen, dass nur der Teil der Sonne, der den Ereignishorizont überschreitet, für immer eingeschlossen ist
Rob,

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@Rob Es scheint, dass Ihr mentales Modell im Grunde genommen die Masse und den Ereignishorizont hat, die Orte im Raum haben, genau wie normale Objekte. So ist es nicht. Sowohl die Singularität als auch der Ereignishorizont sind Aspekte einer extrem gekrümmten Raumzeit, und ihr Verhalten kann nur annähernd in dieser gekrümmten Raumzeit verstanden werden. Unter youtube.com/user/SXSCollaboration finden Sie einige Simulationen, die dies berücksichtigen
Steve Linton,

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@Fax Die eiförmigen Bereiche verhindern, dass auch etwas herauskommt. Alles , was „bewegt senkrecht“ auf die „Grenze“ zwischen den beiden schwarzen Löcher muss noch genug Schwung , um die überwinden kombinierten Schwerkraft sie zurück in Richtung der Lagrange - Punkt zwischen den beiden schwarzen Löcher ziehen (denken Sie daran, Sie müssen gegen kämpfen beide, auch wenn Sie könnten entkommen, wenn es nur einen von ihnen gibt). Wenn die Fluchtgeschwindigkeit am Lagrange-Punkt die Lichtgeschwindigkeit überschreitet, befindet sich der Lagrange-Punkt selbst innerhalb des kombinierten Ereignishorizonts und die Schwarzen Löcher verschmelzen.
Draco18s
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