Se dois horizontes de eventos de buracos negros se sobreporem (toque), eles poderão se separar novamente?

Pergunta hipotética baseada no meu entendimento de que dois horizontes de eventos que se sobrepõem (toque) não podem mais se separar novamente:

Imagine que um buraco negro de 1 bilhão de massa solar (para que o horizonte de eventos seja maciço e muito gravitacionalmente fraco) esteja viajando a uma velocidade de 0,9 c através do espaço intergaláctico vazio; Agora imagine um buraco negro idêntico de 1 bilhão de massa solar viajando a 0,9c, mas exatamente na direção oposta, de modo que os dois estejam se aproximando um do outro. Os caminhos dos buracos negros, uma vez que todo o desvio do tempo espacial é levado em consideração, não estão em colisão direta, mas as bordas mais externas dos horizontes do evento apenas 'se prendem', normalmente se sobrepõem por uma fração de nanossegundo. esses dois corpos estão viajando em velocidades incrivelmente rápidas e em direções opostas um ao outro.

Então, primeiro, estou certo ao pensar que, se dois horizontes de eventos se sobrepõem, eles nunca podem "desfazer"?

Em segundo lugar, o que aconteceria com essa quantidade incrível de momento entre os buracos negros? Seria transformado instantaneamente em energia gravitacional? Tendo em mente que os buracos negros normalmente se fundem, isso acontece muito lentamente à medida que os buracos negros se aproximam cada vez mais ao longo de milhões de anos liberando energia gravitacional como isso acontece, portanto, não em uma fração de nanossegundo, como neste caso.

E terceiro, como isso seria? Os horizontes de eventos permaneceriam razoavelmente esféricos e a energia irradiada seria insana ou estenderiam-se e deformariam-se em um tipo de horizonte elástico de eventos longos e finos à medida que passam um pelo outro e, com o tempo, diminuem a velocidade e se ligam um ao outro?

black-hole supermassive-black-hole event-horizon

— Loadwick
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FWIW, se eles estivessem indo exatamente um em direção ao outro, sua velocidade relativa seria 180c / 181, cerca de 0,9945c. De acordo com vttoth.com/CMS/physics-notes/311-hawking-radiation-calculator, seu raio EH é de cerca de 9853 segundos-luz. E não esqueça que eles também têm um grande momento angular relativo.

— PM 2Ring

Para apimentar ainda mais as coisas, digamos que elas já estejam girando no limite do Kerr em direções opostas uma à outra, de modo que, quando tocam sua bagunça do ponto de vista da conservação do momento angular.

— Loadwick 24/06

Bem, as SMBHs tendem a girar razoavelmente perto do limite, de modo que isso não é realista, ao contrário da velocidade relativa que você lhes deu. ;) Mas isso tornará um cálculo já difícil ainda mais difícil. Não há solução analítica para o problema geral de 2 corpos no GR, então você precisa recorrer a métodos numéricos, e tentar lidar com um par de SMBHs em velocidade relativística exigirá uma trituração de números muito pesada apenas para obter uma estimativa que seja vagamente confiável.

— PM 2Ring

Possível duplicado de buracos negros de alta velocidade ou estrelas de nêutrons em (quase) head-on rota de colisão e energia cinética

— eirikdaude

FWIW, havia um tópico no xkcd há um ou dois meses relacionado a este tópico: É possível escapar de um buraco negro usando outro buraco negro?

— PM 2Ring

Respostas:

Você já tem boas respostas, mas tentarei fornecer mais uma solução intuitiva sobre por que os horizontes dos eventos nunca se separam novamente se se sobrepõem:
primeiro, imagine um grão de poeira que entra no EH de um buraco negro . Acredito que concordaremos que essa mancha nunca pode escapar do buraco negro, porque nada pode voltar por trás do horizonte de eventos.
Agora, imagine o mesmo grão de poeira, mas dentro das partes sobrepostas do EH de dois buracos negros passando um pelo outro. Esse grão de poeira nunca escapará de nenhum desses dois buracos negros, porque está dentro do EH dos dois. Se esses buracos negros pudessem se separar novamente, a mancha capturada entre eles obviamente escaparia de pelo menos um dos buracos negros, depois de ficar atrás do horizonte de eventos.
Como isso não pode acontecer, os dois buracos negros serão unidos a partir do ponto em que seus horizontes de eventos se sobrepõem, independentemente da sua velocidade.

— Mads Aggerholm
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Como leigo navegando casualmente, esta é uma ótima explicação intuitiva!

— Daniel B

Eu gosto dessa visualização, presumo que ainda é possível escapar usando o tunelamento quântico. Mas, em grande parte, irrelevante, a menos que aprendamos a controlar o tunelamento quântico para viagens instantâneas. De qualquer forma, eu concordo com você e é por isso que acho que o EH se esticaria e entortaria como um elástico. Não pode separar, mas também não pode parar instantaneamente.

— Loadwick 25/06

Esse é o argumento do artigo de Stephen Hawking.

— Steve Linton

Você nem precisa de um grão de poeira. Qualquer partícula fará a mesma coisa - até uma partícula virtual. E sempre existem partículas virtuais.

— Loren Pechtel

Isso não me parece uma explicação intuitiva; a lógica parece rigorosa e irrefutável. Inteligente! = Intuitivo ;-).

— Peter - Restabelecer Monica

Se os horizontes dos eventos tocarem e se tornarem uma superfície contínua, o destino deles será selado - os dois buracos negros se fundirão por completo. Eles nunca poderão se separar novamente, não importa o que aconteça.

Existem várias maneiras possíveis de explicá-lo, com diferentes graus de rigor.

Uma explicação intuitiva é que a velocidade de escape no horizonte de eventos é igual à velocidade da luz. Mas nada pode se mover tão rápido quanto a luz, nem mesmo um buraco negro. Para que os dois buracos negros se separem, partes de um precisam "escapar" do outro ou se mover mais rápido que a luz, o que é impossível.

EDIT : Outra "explicação" intuitiva (também conhecida como ondas de mão) - dentro do horizonte de eventos, todas as trajetórias levam ao centro. Não há caminho possível de qualquer lugar dentro do horizonte para o exterior. Seja qual for o caminho, você está olhando para o centro. Seja como for, você se move em direção ao centro. Se os horizontes do evento forem mesclados, para que os buracos negros se dividam novamente, partes deles precisarão se mover "para longe do centro" (ou para longe de um dos centros), o que não é possível.

Todos os itens acima são tão "rigorosos" quanto "explicando" a relatividade geral com esferas de aço em uma folha de borracha. É apenas metáfora.

Mais rigorosamente, veja este artigo de Stephen Hawking:

Buracos negros na relatividade geral

À medida que o tempo aumenta, os buracos negros podem se fundir e novos buracos negros podem ser criados com o colapso de outros corpos, mas um buraco negro nunca pode se bifurcar. (página 156)

Edição : horizontes de eventos realmente não "apenas recortar". Os horizontes de eventos perfeitamente esféricos são uma abstração teórica (um buraco negro não rotativo em um universo vazio). Na realidade, qualquer coisa perto de uma BH irá deformar o horizonte de eventos, que "alcançará" essa massa. Se for uma massa pequena, o efeito é desprezível.

Mas se dois buracos negros se aproximam, os EHs ficam em forma de ovo, como se tentassem se tocar. Se estiverem perto o suficiente, eventualmente uma ponte muito estreita se formará no meio e os EHs se fundirão. Nesse momento, a fusão completa é decretada e procede com absoluta certeza até que seja concluída. Nada pode parar isso.

Veja esta resposta:

Os buracos negros são esféricos durante a fusão?

o que aconteceria com essa incrível quantidade de momento um do outro nos buracos negros?

O buraco negro resultante após a fusão terá muitos giros, se a colisão não for perfeitamente frontal. Qualquer energia que não possa ser lançada em rotação, provavelmente será irradiada como ondas gravitacionais (como outros já indicaram nos comentários à sua pergunta).

— Florin Andrei
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Se os dois EHs tocarem, os centros dos buracos negros ainda não estão no horizonte de eventos um do outro. Dependendo do tamanho, os centros podem estar bem longe do horizonte de eventos do outro ... então, se eles estiverem indo rápido o suficiente, poderão escapar mesmo depois que os horizontes do evento se fundirem?

— Rob

@Rob O centro não é privilegiado. Esqueça o centro. Uma vez criada a ponte, para todos os efeitos, é um buraco negro. Não há "sobreposição", sua imagem está errada - as duas entidades já se fundiram, há um único horizonte de eventos, não dois (veja a resposta que eu vinculei no final). E você não pode separar pedaços de um horizonte de eventos, não importa o que faça. Esqueça o 0.999c, isso não é nada. A maioria das pessoas não percebe o quão verdadeiramente complicado é o espaço-tempo no horizonte de eventos. Realmente não há saída, não é uma figura de linguagem.

— Florin Andrei

Eu acho que o que é difícil para mim conciliar na minha cabeça é que se a singularidade (assumindo que toda a matéria está localizada em um único ponto) não cruza outro horizonte de eventos - por que ela não pode escapar? Entendo que os horizontes de eventos se fundem, no entanto, se pensarmos que as duas singularidades (certamente elas não se fundem instantaneamente?) Tendo seu próprio raio de schwarzschild, por que suas interseções significam condenação por suas respectivas singularidades? Se um sol cruzasse parcialmente um horizonte de eventos, eu imaginaria que apenas a parte do sol que cruzasse o horizonte de eventos ficaria presa para sempre

— Rob

@ Rob Parece que seu modelo mental basicamente tem a massa e o horizonte de eventos com localizações no espaço como objetos normais. Não é assim que é. Tanto a singularidade quanto o horizonte de eventos são aspectos do espaço-tempo extremamente curvo e seu comportamento só pode ser entendido, mesmo aproximadamente, naquele espaço-tempo curvo. Veja em youtube.com/user/SXSCollaboration algumas simulações que levam isso em consideração

— Steve Linton

@Fax As regiões em forma de ovo também impedem que as coisas saiam. Qualquer coisa "movendo-se perpendicularmente" para a "fronteira" entre os dois buracos negros ainda precisa de impulso suficiente para superar a gravidade combinada, puxando-a de volta para o ponto Lagrangiano entre os dois buracos negros (lembre-se, você precisa lutar contra os dois, mesmo que possa escapar se houvesse apenas um deles). Se a velocidade de escape no ponto Lagrange exceder a velocidade da luz, o ponto Lagrange estará, ele próprio, dentro do horizonte combinado de eventos e os buracos negros se fundirão.

— Draco18s 25/06