Геометрия пространства-времени вокруг двух черных дыр

Картины, которые у вас есть выше, — отличный способ визуализировать деформацию пространства-времени массой, но они могут ввести в заблуждение. Черная дыра, например, — это не просто очень глубокий колодец, это точка, в которой кривизна становится бесконечной. Если бы вы попытались представить, как это будет выглядеть на приведенных выше картинках, это было бы все равно, что проткнуть дырку в резиновом листе или потянуть его вниз, чтобы он имел бесконечную глубину. Не существует конечной «глубины», которой должен обладать гравитационный колодец, чтобы внезапно превратиться в черную дыру.

Вы также спрашиваете, как взаимодействуют два гравитационных колодца. Поскольку уравнения поля Эйнштейна нелинейны, ямы не просто складываются. Вместо этого они взаимодействуют и мешают каким-то сложным образом. Однако в первом приближении мы можем представить, что просто добавляем «глубины» колодцев, чтобы получить другую картину, подобную той, что в вашем посте выше. Это сразу показывает, что нейтронная звезда, проносящаяся мимо черной дыры, не может стать черной дырой, а затем снова превратиться в нейтронную звезду. Чтобы стать черной дырой, нейтронная звезда должна иметь бесконечную «глубину», а единственный способ добраться до бесконечности с конечной глубины — это добавить бесконечность. Таким образом, если ее не всосать в черную дыру, ни одна точка нейтронной звезды никогда не достигнет бесконечной кривизны/«глубины». С другой стороны, проносясь мимо черной дыры, может иметь другие последствия для нейтронной звезды. Например, черная дыра может лишить звезду значительной части ее массы.

Наконец, единственный известный способ рассеяния черной дыры — это излучение Хокинга, так что даже если нейтронная звезда каким-то образом сколлапсирует в черную дыру, она точно не превратится спонтанно обратно в нейтронную звезду.

Небольшое замечание, чтобы добавить к этому, но вся материя имеет радиус Шварцшильда - земля (около 1/3 дюйма в диаметре), черные дыры - это их горизонт событий, и нейтронные звезды - но он меньше, чем радиус звезда. Любой объект, не являющийся черной дырой, имеет радиус Шварцшильда, который меньше, чем он есть на самом деле. Нейтронные звезды достаточно плотны, чтобы их радиус Шварцшильда составлял измеримый процент от их радиуса, а не крошечный крошечный процент от радиуса, как почти все остальное, но радиус Шварцшильда все же меньше, чем у нейтронной звезды.

Быстрый расчет, но Шварцшильдовский радиус маленькой нейтронной звезды - около 1,4 массы Солнца - это около 4 км, а диаметр около 12-13 км. Более крупная нейтронная звезда, масса 2 Солнца, Шварцшильд около 6 км и диаметр около 10-11 км. Слишком много больше, чем это, и он, вероятно, станет черной дырой.

Любопытная вещь о радиусе Шварцшильда заключается в том, что он пропорционален массе, поэтому черная дыра с массой 3 звезды имеет половину радиуса горизонта событий, чем черная дыра с массой 6 звезд. Математика на самом деле очень аккуратная. Для 2 черных дыр, чтобы они были достаточно близко друг к другу, чтобы образовать 1 большую черную дыру - по крайней мере, в теории (на практике они будут вращаться вокруг друг друга с бешеной скоростью), но теоретически, чтобы масса была достаточно большой для их слияния. , радиусы Шварцшильда должны соприкасаться. То же самое верно для нейтронной звезды и черной дыры - для того, чтобы объединенная масса нейтронной звезды и черной дыры создала большую черную дыру, нейтронные звезды Шварцшильдовского радиуса и черные дыры Шварцшильдовского радиуса должны соприкоснуться, и для этого случиться, часть нейтронной звезды должна была оказаться внутри черной дыры.

Так что пролететь мимо и создать большую черную дыру невозможно. Что возможно, так это то, что нейтронная звезда, пролетая мимо черной дыры, может разорваться на части, и было бы интересно посмотреть, что произойдет с нейтронной звездой, если она потеряет часть своей массы и (возможно) снова расширится до плотности белого карлика. - что-то в этом роде, а может быть, что-то еще.

Теперь, если бы вы теоретически заставили несколько нейтронных звезд пролететь мимо черной дыры одновременно — это могло бы быть совсем по-другому. Согласно «Задаче поцелуев», вы можете получить 12 сфер одинакового размера, соприкасающихся с внутренней сферой, поэтому у вас есть 13 масс внутри 3 радиуса.

Проблема с поцелуями: http://en.wikipedia.org/wiki/Kissing_number_problem

Взяв Нейтронную звезду с массой 1,4 звезды, 13 из них, соприкасаясь друг с другом, будут иметь радиус Шварцшильда 52 мили, а 13 из них могут поместиться в пределах 39 миль, поэтому, если у вас есть несколько нейтронных звезд, пролетающих близко к черной дыре одновременно, комбинации масс может быть достаточно, чтобы создать большую черную дыру — эээ, в теории, когда она образовалась, ничто не могло ускользнуть. Странно подумать, но теоретически возможно, если вы выстрелите 1 нейтронной звездой прямо мимо черной дыры, она может пролететь мимо, но если вы выстрелите двумя рядом друг с другом прямо мимо черной дыры, возможно, комбинация из 3 Радиус Шварцшильда расширится вокруг некоторых из двух нейтронных звезд до того, как звезды коснутся горизонта событий черной дыры.

В практическом смысле такие вещи невозможны, но теоретически вам понадобятся, как минимум, 2 нейтронные звезды, пролетая мимо черной дыры, очень близко друг к другу и одновременно близко к черной дыре, и они должны быть плотными - с радиусами Шварцшильда, близкими к их фактическим радиусам. В этой невозможной ситуации объединенная масса в теории может расширить горизонт событий, который охватит обе нейтронные звезды.

На самом деле все, наверное, намного сложнее, наверное, по нескольким причинам, но одна, например, нейтронная звезда, пролетевшая внутри фотонной сферы (в 1,5 раза больше радиуса Шварцшильда), могла когда-нибудь вырваться, хотя внутри фотонной сферы она может разорваться на части, и некоторые из них могут взорваться, вернувшись наружу, и улететь, но ни один объект, который летит внутри Фотонсферы, не может вылететь обратно, если его не толкнуть.

Тот же принцип применим к трем черным дырам, пролетевшим близко друг к другу. 2 черные дыры, и они не станут 1 черной дырой, пока горизонты событий не соприкоснутся, но 3 черные дыры, расположенные близко друг к другу, могут стать 1 черной дырой до того, как соприкоснутся горизонты событий. Однако в действительности, когда черные дыры тянут за собой пространство, взаимодействие двух черных дыр, вероятно, немного сложнее — я использую самую простую из возможных оценок.

Еще одна интересная врезка ко всему этому заключается в том, что если вы возьмете всю массу известной Вселенной и рассчитаете радиус Шварцшильда, то получите размер известной Вселенной, поэтому, возможно, Вселенная достаточно массивна, чтобы создать вокруг нее черную дыру. это. Хитрость заключается в использовании трех измерений для объединения массы, а не только двух объектов. 2 объекта не могут делать то, что вы описываете.

(Надеюсь, это не слишком запутанно и запутанно, это немного поздно, и это было длиннее, чем я предполагал)