Jika dua horizon peristiwa lubang hitam tumpang tindih (sentuh) dapatkah mereka memisahkan lagi?

53

Pertanyaan hipotetis berdasarkan pemahaman saya bahwa dua horizon peristiwa yang tumpang tindih (sentuhan) tidak dapat dipisahkan lagi:

Bayangkan sebuah lubang hitam 1 miliar massa matahari (sehingga cakrawala peristiwa sangat besar dan sangat lemah secara gravitasi) bergerak dengan kecepatan 0,9c melalui ruang intergalaksi datar yang kosong; sekarang bayangkan sebuah lubang hitam 1 miliar massa matahari yang identik berjalan pada 0,9c tetapi dalam arah yang berlawanan sehingga keduanya menuju kira-kira satu sama lain. Jalur lubang hitam, setelah semua waktu ruang diperhitungkan, tidak pada tabrakan langsung tetapi tepi terluar dari cakrawala peristiwa hanya akan 'klip' ​​satu sama lain, biasanya hanya tumpang tindih untuk sebagian kecil dari nanodetik sebagai kedua tubuh ini bergerak dengan kecepatan sangat cepat dan berlawanan arah satu sama lain.

Jadi pertama-tama, apakah saya benar dalam berpikir bahwa jika dua horizon peristiwa tumpang tindih, mereka tidak akan pernah bisa 'membuka'?

Kedua, apa yang akan terjadi dengan momentum luar biasa satu sama lain di lubang hitam ini? Apakah itu akan langsung berubah menjadi energi gravitasi? Mengingat ketika lubang hitam biasanya bergabung, itu terjadi sangat lambat karena lubang hitam perlahan-lahan bergerak semakin dekat bersama-sama selama jutaan tahun mengeluarkan energi gravitasi seperti yang terjadi, jadi tidak dalam sepersekian nanodetik seperti dalam kasus ini.

Dan ketiga, seperti apa bentuknya? Akankah cakrawala peristiwa tetap cukup bulat dan energi yang dipancarkan hanya gila atau akankah mereka meregang dan melengkung menjadi semacam cakrawala peristiwa elastis panjang yang tipis ketika mereka saling melesat melewati satu sama lain dan kemudian seiring waktu melambat dan saling bertukar kembali?

Loadwick
sumber
1
FWIW, Jika mereka menuju tepat satu sama lain, kecepatan relatif mereka adalah 180c / 181, sekitar 0,9945c. Menurut vttoth.com/CMS/physics-notes/311-hawking-radiation-calculator, jari-jari EH mereka sekitar 9853 detik cahaya. Dan jangan lupa mereka memiliki momentum sudut relatif besar juga.
PM 2Ring
5
Untuk juga meningkatkan hal-hal lebih lanjut katakanlah mereka sudah berputar pada batas Kerr di arah yang berlawanan satu sama lain sehingga ketika mereka menyentuh sangat berantakan dari sudut pandang momentum konservasi sudut.
Loadwick
1
Nah, SMBH cenderung berputar cukup dekat dengan batas, jadi itu tidak realistis, tidak seperti kecepatan relatif yang Anda berikan kepada mereka. ;) Tapi itu akan membuat perhitungan yang sudah sulit menjadi lebih sulit. Tidak ada solusi analitik untuk masalah 2 tubuh secara umum dalam GR, jadi Anda harus menggunakan metode numerik, dan mencoba menangani sepasang SMBH dengan kecepatan relativistik akan membutuhkan angka yang sangat berat untuk mendapatkan perkiraan yang samar-samar dapat dipercaya.
PM 2Ring
1
FWIW, ada utas di xkcd sebulan atau dua yang lalu terkait dengan topik ini: Apakah mungkin untuk melarikan diri dari lubang hitam menggunakan lubang hitam lain?
PM 2Ring

Jawaban:

54

Anda sudah mendapatkan beberapa jawaban yang baik, tetapi saya hanya akan mencoba memberikan satu lagi solusi intuitif tentang mengapa cakrawala peristiwa tidak akan pernah terpisah lagi jika saling tumpang tindih:
Pertama, bayangkan setitik debu yang masuk ke dalam EH lubang hitam . Saya percaya kita akan setuju bahwa titik ini tidak akan pernah bisa keluar dari lubang hitam, karena tidak ada yang bisa kembali dari balik horizon peristiwa.
Sekarang, bayangkan setitik debu yang sama, tetapi di dalam bagian EH yang tumpang tindih dari dua lubang hitam saling berpapasan. Setitik debu ini tidak akan pernah lepas dari dua lubang hitam itu, karena berada di dalam EH keduanya. Jika lubang hitam ini akan bisa terpisah lagi, bintik yang tertangkap di antara mereka jelas akan lolos setidaknya salah satu lubang hitam, setelah berada di balik cakrawala peristiwa itu.
Karena ini tidak dapat terjadi, dua lubang hitam akan disatukan dari titik cakrawala acara mereka tumpang tindih, tidak peduli kecepatannya.

Mads Aggerholm
sumber
19
Sebagai orang awam yang menjelajah dengan santai, ini adalah penjelasan intuitif yang bagus!
Daniel B
Saya suka visualisasi ini, saya menganggap masih mungkin untuk melarikan diri menggunakan tunneling kuantum. Tetapi sebagian besar tidak relevan kecuali kita belajar mengendalikan tunneling kuantum untuk perjalanan instantiations. Bagaimanapun, saya setuju dengan Anda dan inilah alasan saya pikir EH akan meregang dan melengkung seperti karet gelang. Itu tidak bisa terpisah tetapi juga tidak bisa berhenti secara instan.
Loadwick
Ini adalah argumen dalam makalah Stephen Hawking.
Steve Linton
3
Anda bahkan tidak membutuhkan setitik debu. Setiap partikel akan melakukan hal yang sama - bahkan partikel virtual. Dan selalu ada partikel virtual.
Loren Pechtel
1
Ini tidak terjadi pada saya sebagai penjelasan intuitif; Logikanya tampak keras dan tak terbantahkan. Cerdas! = Intuitif ;-).
Peter - Reinstate Monica
52

Jika cakrawala peristiwa pernah menyentuh dan menjadi satu permukaan kontinu, nasib mereka disegel - dua lubang hitam akan bergabung sepenuhnya. Mereka tidak akan pernah bisa berpisah lagi, tidak peduli apa.

Ada beberapa cara yang mungkin untuk menjelaskannya, dengan berbagai tingkat kekakuan.

Penjelasan intuitif adalah bahwa kecepatan pelarian pada horizon peristiwa sama dengan kecepatan cahaya. Tapi tidak ada yang bisa bergerak secepat cahaya, bahkan lubang hitam sekalipun. Agar kedua lubang hitam itu terpisah, bagian dari yang satu harus "melarikan diri" yang lain, atau bergerak lebih cepat dari cahaya, yang tidak mungkin.

EDIT : "Penjelasan" intuitif lain (alias banyak handwaving) - di dalam cakrawala acara, semua lintasan mengarah ke pusat. Tidak ada jalur yang memungkinkan dari tempat apa pun di cakrawala ke luar. Ke mana pun Anda berputar, Anda sedang melihat ke tengah. Ke mana pun Anda bergerak, Anda bergerak ke arah tengah. Jika cakrawala peristiwa telah bergabung, agar lubang hitam dapat berpisah lagi, sebagian dari mereka harus bergerak "menjauh dari pusat" (atau menjauh dari salah satu pusat), yang tidak mungkin.

Semua hal di atas kira-kira "keras" seperti "menjelaskan" relativitas umum dengan bola-bola baja pada lembaran karet. Itu hanya metafora.

Lebih teliti, lihat makalah ini oleh Stephen Hawking:

Lubang hitam dalam relativitas umum

Seiring bertambahnya waktu, lubang hitam dapat bergabung bersama dan lubang hitam baru dapat dibuat oleh tubuh lebih lanjut runtuh tetapi lubang hitam tidak pernah dapat memisahkan dlm dua cabang. (halaman 156)


EDIT : Cakrawala peristiwa tidak benar-benar "hanya saling klip". Cakrawala peristiwa bulat sempurna adalah abstraksi teoretis (lubang hitam yang tidak berputar di alam semesta yang kosong). Pada kenyataannya, apa pun di dekat BH akan mengubah bentuk cakrawala acara, yang akan "menjangkau" ke arah massa itu. Jika massa kecil, efeknya dapat diabaikan.

Tetapi jika dua lubang hitam saling berdekatan, EH menjadi berbentuk telur, seolah berusaha saling menyentuh. Jika mereka cukup dekat, maka akhirnya jembatan yang sangat sempit akan terbentuk di antaranya, dan EH akan bergabung. Pada saat itu, merger penuh diputuskan dan akan diproses dengan penuh kepastian sampai selesai. Tidak ada yang bisa menghentikannya.

Lihat jawaban ini:

Apakah lubang hitam bulat selama merger?


apa yang akan terjadi pada momentum luar biasa satu sama lain di lubang hitam ini?

Lubang hitam yang dihasilkan setelah merger akan memiliki banyak heck spin, jika tabrakan tidak frontal sempurna. Energi apa pun yang tidak dapat dimasukkan ke dalam putaran, mungkin akan dipancarkan sebagai gelombang gravitasi (seperti yang telah ditunjukkan orang lain dalam komentar untuk pertanyaan Anda).

Florin Andrei
sumber
10
Jika kedua EH bersentuhan, pusat lubang hitam masih belum saling berhadapan. Bergantung pada ukurannya, pusat mungkin cukup jauh dari cakrawala acara lainnya ... jadi tentu saja jika mereka berjalan cukup cepat, mereka dapat melarikan diri bahkan setelah cakrawala peristiwa bergabung?
Rob
8
@Rob Pusat tidak istimewa. Lupakan pusatnya. Setelah jembatan telah dibuat, untuk semua maksud dan tujuan itu adalah satu lubang hitam. Tidak ada "tumpang tindih", gambar Anda salah - kedua entitas telah bergabung, ada satu horizon peristiwa, bukan dua (lihat jawaban yang saya tautkan di akhir). Dan Anda tidak dapat memisahkan potongan dari cakrawala acara, apa pun yang Anda lakukan. Lupakan 0.999c, itu bukan apa-apa. Sebagian besar orang tidak menyadari betapa berhamburannya ruangwaktu dalam horizon peristiwa. Benar-benar tidak ada jalan keluar, itu bukan kiasan.
Florin Andrei
6
Saya kira apa yang sulit bagi saya untuk berdamai di kepalaku adalah bahwa jika singularitas (dengan asumsi semua masalah terletak pada satu titik) tidak melewati horizon peristiwa lain - mengapa ia tidak dapat melarikan diri? Namun, saya memahami cakrawala peristiwa bergabung, jika kita berpikir tentang dua singularitas (tentunya mereka tidak langsung bergabung?) Memiliki radius schwarzschild mereka sendiri, mengapa persimpangan mereka mengeja malapetaka untuk singularitas masing-masing? Jika matahari sebagian melintasi cakrawala peristiwa, saya akan membayangkan hanya bagian matahari yang melintasi cakrawala peristiwa yang akan terperangkap selamanya
Rob
10
@Rob Sepertinya model mental Anda pada dasarnya memiliki massa dan horizon peristiwa yang memiliki lokasi di ruang angkasa seperti objek normal. Bukan seperti itu. Singularitas dan horizon peristiwa adalah aspek ruang-waktu yang sangat melengkung dan perilaku mereka hanya dapat dipahami, bahkan kira-kira, dalam waktu ruang yang melengkung itu. Lihat youtube.com/user/SXSCollaboration untuk beberapa simulasi yang memperhitungkan ini
Steve Linton
5
@Fax Daerah berbentuk telur mencegah hal-hal meninggalkan juga. Apa pun "bergerak tegak lurus" ke "batas" antara dua lubang hitam masih membutuhkan momentum yang cukup untuk mengatasi gravitasi gabungan yang menariknya kembali ke titik Lagrangian di antara dua lubang hitam (ingat, Anda harus bertarung melawan keduanya, bahkan jika Anda bisa melarikan diri jika hanya ada satu dari mereka). Jika kecepatan lepas di titik Lagrange melebihi kecepatan cahaya, maka titik Lagrange berada di dalam horizon peristiwa gabungan dan lubang hitam bergabung.
Draco18s