Explosões de buracos negros

Eu estava andando pelo YouTube e observei este vídeo produzido com prazer . Nela, ao descrever o comportamento de um buraco negro com a massa de um níquel americano, o narrador diz: "Seus 5 gramas de massa serão convertidos em 450 terajoules de energia, o que levará a uma explosão aproximadamente três vezes maior que a bombas caíram sobre Hiroshima e Nagasaki juntas. "

De todas as coisas divertidas ilustradas ali, essa era a pretensão que eu não entendia. Os buracos negros explodem depois de irradiarem toda a sua massa? Ou a "explosão" viria apenas do ritmo acelerado em que o buraco negro consumiria matéria próxima?

O Google que eu fiz até agora não forneceu uma resposta firme. O mais próximo que eu cheguei é da página da Wikipedia sobre Radiação Hawking , que afirma: "Para um buraco negro de uma massa solar, obtemos um tempo de evaporação de 2.098 × 10 ^ 67 anos - muito mais do que a idade atual do universo. 13,799 ± 0,021 x 10 ^ 9 anos. Mas para um buraco negro de 10 ^ 11 kg, o tempo de evaporação é de 2,667 bilhões de anos. É por isso que alguns astrônomos estão procurando sinais de explosão de buracos negros primordiais. "

Alguns outros sites se referem à última "explosão" do buraco negro supermassivo da Via Láctea há cerca de 2 milhões de anos atrás, mas esse mesmo mecanismo é mencionado na página da Wikipedia? Ou o vídeo do YouTube, para esse assunto?

Desde já, obrigado. =)

black-hole explosion

— musasabi
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Só para ficar claro, a "explosão" do buraco negro supermassivo é algo diferente. São jatos de energia da matéria em queda. Não é o verdadeiro buraco negro que explode, mas a matéria que entra em espiral, fica muito quente e libera energia antes de cair dentro do buraco negro.

— userLTK

Certo, é por isso que pensei que o vídeo provavelmente não se referia a "fricção" ou mais do material sendo consumido.

— Musasabi 15/08/16

Respostas:

O que este vídeo está falando é sobre Hawking Radiation, como você vinculou. A radiação Hawking é uma maneira hipotética proposta (de maneira alguma verificada ou comprovada) de um buraco negro irradiar sua energia para o espaço. A idéia básica é que um buraco negro nada mais é do que massa / energia comprimida a um ponto infinitesimal, que está irradiando sua energia no espaço ao longo do tempo. Para buracos negros grandes (como massa solar ou maior), esse processo de radiação é minúsculo e o tempo necessário para vazar toda a energia do buraco negro no espaço (e, portanto, para o buraco negro "evaporar") é extremamente longo. Porém, para pequenos buracos negros, o tempo para irradiar toda a energia do buraco negro é extremamente curto.

Você pode calcular quanto tempo levará para que um buraco negro de massa evapore (e libere toda a sua massa / energia) com a equação $m$

t_{ev} = \frac{5120 π G^{2} m^{3}}{ℏ c^{4}} = (8.41 \times 10^{- 17} s {k g}^{- 3}) m^{3}

$t_{\text{ev}} = \frac{5120\pi G^2 m^3}{\hbar c^4} = (8.41\times 10^{-17}\:\mathrm{s}\:\mathrm{kg}^{-3})\:m^3$

Para , você obtém . Agora, isso significa que nesta pequena quantidade de tempo, o buraco negro irradiará toda a sua massa / energia e evaporará completamente. Mas a produção de toda a energia em 5 g de massa é uma produção enorme. Colocar 450 Terajoules de energia em é basicamente apenas uma explosão. Você pode determinar a produção total de energia da famosa equação $m = 5\:\mathrm{g}=0.005\:\mathrm{kg}$ $t_{\text{ev}} \simeq 4\times10^{-19}\:\mathrm{s}$ $10^{-19}\:\mathrm{s}$

E = m c^{2}

$E=mc^2$

$m = 0.005\:\mathrm{kg}$ $c = 3\times 10^8\:\mathrm{m/s}$ $E=4.5\times 10^{14}\:\mathrm{J} = 450\:\mathrm{Terajoules}$

Então, em suma, cálculos hipotéticos (nem mesmo a teoria neste momento) sugerem que um minúsculo buraco negro com a massa de níquel explodiria imediatamente em uma enorme quantidade de energia. Se esse buraco negro pode se formar ou se tal evaporação poderia / poderia ocorrer ainda é altamente debatido e, no final das contas, desconhecido.

— zéfiro
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Essa foi uma resposta brilhantemente sucinta e completa. Obrigado! Além disso, erro de digitação corrigido. =)

— musasabi 15/08/16

@musasabi Na verdade, a radiação Hawking pode não ser tão hipotética. Isto apenas em francês : um pesquisador da Technion em Israel conseguiu produzir uma versão "sônica" de um buraco negro em um condensado de Bose-Einstein e mostrou ondas que agiam como radiação Hawking e se comportaram conforme o esperado, inclusive exibindo quantum efeitos

— Iwillnotexist Idonotexist

@IwillnotexistIdonotexist Esse é certamente um paralelo interessante. Eu tenho que me perguntar se um buraco negro "sônico" está próximo o suficiente de um buraco negro real, de modo que a "radiação" observada seja resultado da mesma física. Interessante, no entanto. Obrigado por compartilhar!

— Zephyr

Para o registro, o tempo de evaporação é uma quantidade estatística. É o valor esperado de um processo aleatório. Em princípio, existe uma probabilidade diferente de zero de que um buraco negro tão pequeno possa viver bilhões de anos. Se um grande número deles foi criado no universo primitivo, então, estatisticamente, podemos esperar que ocorram "explosões", pois eles finalmente param de ganhar na loteria de sobrevivência. Tentativas para detectar tais eventos não foram bem-sucedidas, pelo que sei.

— zibadawa timmy

-1

Nenhum buraco negro pode explodir, não importa o tamanho. Pode irradiar energia fora do seu horizonte de eventos, mas uma "explosão" adequada de energia do próprio buraco negro teria que exceder a velocidade da luz, o que atualmente não é possível.

Além disso, se um objeto tem a massa de um níquel, não é um buraco negro. Mais especificamente, seu horizonte de eventos é pequeno o suficiente para caber dentro de sua própria área de superfície, o que é verdadeiro para todos os objetos maciços que não são buracos negros. De fato, o horizonte de eventos de algo com a massa de um níquel é literalmente incomensuravelmente pequeno (embora NÃO exista). Níquel (e outros objetos de massa semelhante) não têm gravidade suficiente para formar um buraco negro. Eu suspeito que talvez você esteja confundindo "massa" com "tamanho" ...?

No entanto, se existisse um processo que pudesse transformar a massa de um níquel na energia que ele incorpora (por E = mc ^ 2), então sim, seria uma tremenda quantidade de energia. O único processo conhecido como esse seria ter um objeto com metade da massa de um níquel interagir (tocar) um objeto antimatéria com metade da massa de um níquel. A massa combinada dos 2 objetos totalizaria a massa do níquel e liberaria a quantidade apropriada de energia pura sem sobras de massa.

— Malf
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Se existir radiação Hawking, os buracos negros podem liberar energia, eles podem "explodir". Embora não exista um mecanismo conhecido para formar um buraco negro com a massa de níquel, não há razão para que tal buraco negro não possa existir. As flutuações no espaço-tempo no universo primitivo poderiam ter produzido pequenos buracos negros.

— James K

"seu horizonte de eventos é pequeno o suficiente para caber dentro de sua própria área de superfície" - diga-me, como é definida a área de superfície de um buraco negro?

— user253751

Eu teria pensado que o horizonte de eventos é a área da superfície do buraco negro?

— Anomalia virtual

Apesar do tempo que levaria até um buraco negro de massa solar para evaporar, parece-me que não evaporaria em uma questão linear. À medida que o buraco negro se torna menos maciço, ele evapora mais rapidamente, até chegar a um buraco do tamanho de níquel, que então evapora rápido o suficiente para ser considerado uma explosão.

— Howard Miller

@JamesK "Embora não exista um mecanismo conhecido para formar um buraco negro com a massa de níquel ..." Bem, se os buracos negros evaporarem, qualquer buraco negro com massa maior que um níquel se tornará um todo preto com o massa de um níquel em algum ponto :)

— Jason Goemaat