Все ли черные дыры имеют сингулярность?

Короткий ответ: да.

Но если вы хотите придираться, я могу возразить, что когда звезда коллапсирует, образуя ЧД, она сначала формирует горизонт, прежде чем сформируется сингулярность (не может образоваться «голая сингулярность»). А поскольку время внутри горизонта по существу заморожено по отношению к времени наблюдателя снаружи, сингулярность НИКОГДА не образуется. Тем не менее, с точки зрения коллапсирующей звезды, сингулярность формируется примерно через миллисекунду после появления горизонта.

В классической общей теории относительности после формирования горизонта событий каждая частица внутри этого горизонта событий неизбежно будет двигаться в направлении центра черной дыры. Это то, что подразумевается под «гравитационным коллапсом» и как материя формирует сингулярность в центре — независимо от того, насколько она мала или как близко она находится к центру, ничто не может помешать ей приблизиться еще ближе к центру. С точки зрения самого объекта, он достигает центра за конечное время.

В некоторых более экзотических теориях физики, таких как теория струн или петлевая квантовая гравитация, квантовая природа пространства и времени приходит на помощь и предотвращает формирование сингулярности, поэтому достигается максимальная конечная плотность и поддерживается равновесие в центр. Концептуально это похоже на то, что вы описываете, но все же это более экзотический и гораздо более плотный материал, чем материал нейтронных звезд.

Плотность, о которой мы здесь говорим, будет приблизительно равна одной планковской массе на кубическую планковскую длину , другими словами, 2,176 51 × 10^−8 кг / (1,616 199 × 10^−35 м)^3 ~= 5,15556^96 кг/ м ^ 3, где материал нейтронной звезды составляет «всего» (примерно) 10 ^ 18 кг / м ^ 3.

В любом случае, однако, за пределами горизонта событий черная дыра может математически и наблюдательно рассматриваться как простая сингулярность, поэтому для наблюдательных расчетов нет никакой «добавочной стоимости» в беспокойстве о внутренней работе черной дыры. Теорема, описывающая это, в просторечии называется «У черных дыр нет волос». Эта теорема была доказана и сформулирована Джоном Уилером , тем же физиком, который впервые придумал фразу «черная дыра».

Википедия , кажется, указывает, что они все делают:

В центре черной дыры, описанной общей теорией относительности, находится гравитационная сингулярность, область, где кривизна пространства-времени становится бесконечной. Для невращающейся черной дыры эта область принимает форму одной точки, а для вращающейся черной дыры она размывается, образуя кольцевую особенность, лежащую в плоскости вращения. В обоих случаях сингулярная область имеет нулевой объем. Можно также показать, что сингулярная область содержит всю массу раствора черной дыры. Таким образом, сингулярную область можно рассматривать как имеющую бесконечную плотность.

Если имеется захваченная нулевая поверхность и выполняется одно из энергетических условий, например условие нулевой энергии или слабое энергетическое условие, а пространство снаружи некомпактно, внутри черной дыры должна существовать либо сингулярность, либо замкнутая времениподобная кривая.

См. Пенроуз и Хокинг.

Итак, вы надеетесь, что край нейтронной звезды может находиться прямо под горизонтом событий и оставаться там стабильным — другими словами, нейтронная звезда не коллапсирует в образовавшуюся сингулярность.

Это невозможно. Смотрите мой ответ здесь: Почему вы не можете сбежать из черной дыры? У него есть красивая картинка, которая объясняет, что как только вы пересекаете горизонт событий, искривление пространства-времени по существу поворачивает направление времени, чтобы оно указывало в пространственном направлении к центру черной дыры. Так же, как вы не можете сопротивляться движению вперед во времени, край нейтронной звезды не может сопротивляться падению в центр черной дыры — это направление будущего времени.

Это вопрос к форуму по физике.

Честный ответ заключается в том, что мы не знаем наверняка. Общая теория относительности — это классическая (не квантовая) теория, поэтому она должна развалиться на очень малых масштабах и при очень высоких плотностях энергии — именно то, что должно происходить в сингулярности. Мы все еще ждем появления квантовой теории относительности; если и когда это произойдет, мы узнаем о сингулярностях гораздо больше.

Черные дыры WRT, пожалуй, разумнее сказать, что чем глубже вы погружаетесь, тем меньше мы на самом деле знаем, что происходит.

Мы многое знаем об области, окружающей горизонт событий; мы вполне уверены, что поняли это правильно, и на самом деле у нас есть наблюдения, соответствующие теории.

Мы считаем, что немного знаем о том, что происходит в пределах горизонта событий, но там все становится немного туманно.

Мы не можем со всей честностью сказать, что много знаем о том, что происходит внизу, в самой сингулярности; вот где общая теория относительности делится на ноль и идет ко дну.

Так что относитесь ко всему с недоверием и будьте непредвзяты.

Максимальная масса нейтронной звезды - это предел Толмена-Оппенгеймера-Волкова, и считается, что она составляет от 1,5 до 3 масс Солнца, причем этот диапазон обусловлен неопределенностями уравнения состояния вещества при этих экстремальных плотностях. Если масса нейтронной звезды превышает этот предел, то столкновение с черной дырой считается неизбежным, нет никакой силы, которая могла бы отразить коллапс согласно общей теории относительности.

Таким образом, черные дыры отличаются от нейтронных звезд, и горизонт событий формируется только вокруг черной дыры.

Квантовое давление вырождения электронов, о котором вы упомянули, происходит внутри белых карликов. В нейтронных звездах ответственно квантовое вырождение давления нейтронов.

Все черные дыры содержат сингулярности, однако не все сингулярности включают в себя черные дыры. Нейтронная звезда может быть плотной, материя размером с булавочную головку может весить столько же, сколько Земля, но, похоже, существует математическая граница, за которой образуется черная дыра. Первым шагом для этого является формирование ровного горизонта, а все, что находится внутри горизонта событий, и есть ваша сингулярность. Если масса нейтронной звезды увеличивается по отношению к ее радиусу, чтобы сформировать ее критическую окружность (звезда в 10 раз тяжелее нашего Солнца будет иметь критическую окружность около 110 миль или радиус 20 миль), она претерпевает гравитационный коллапс, и вы получаете свой черный отверстие. За его пределами материя настолько бесконечно плотна, что гравитационное притяжение втягивает каждый фотон света в ее центр. В этот момент у вас есть ваша сингулярность, где бесконечная плотность означает, что пространство и время, какими мы их знаем, перестают существовать. Вы оказываетесь в постоянном состоянии хаотического равновесия; как настоящий дрэг-кар, расходующий сотни килограммов топлива каждую секунду.

Черная дыра — это сверхмассивный объект с очень интенсивным гравитационным полем, как и нейтронная звезда, но разница между ними в том, что свет может покинуть гравитационное поле нейтронной звезды, но не поле черной дыры. , поэтому его называют черной дырой.

Некоторые звезды достаточно массивны, чтобы стать черными дырами, а некоторые — нет. Они либо становятся карликовыми звездами (как наше Солнце), либо нейтронными звездами. Звезды выше предела чандрашекхара (около 2 солнечных масс) стали бы черными дырами, имели бы скорость убегания больше скорости света, а звезды ниже - нет.

Горизонт событий — это просто свет, пытающийся вырваться из черной дыры, но застрявший на орбите вокруг нее.

Сингулярность — это всего лишь гипотеза, никто не знает, существует она на самом деле или нет, но для черной дыры она не обязательна (по моему мнению). Я верю в принцип исключения, но это было бы на уровне струн (теории струн) на шкале$10^-33$метров, и вот как далеко может зайти «сингулярность».

НЕТ: у всех черных дыр НЕТ сингулярности. Следующее описание «радиационно-структурированной» ЧД носит предположительный характер; но это отвечает на ваш вопрос о сингулярностях, и это имеет смысл. Я опустил все, кроме ключевых идей, при описании этой концепции, и есть много деталей, которые пока могут быть необъяснимыми:

Когда импульс частицы в развивающейся черной дыре (еще не совсем ЧД) достигает критического уровня, гравитационный потенциал создает значение импульса частицы, которое противоречит значениям, допускаемым квантовой механикой, и природа реагирует, превращая высокоэнергетическую частицу в динамики в излучение высокой энергии. Это излучение проявляется на границе ЧД или вблизи нее, а не в виде сингулярности.

Это критическое событие устанавливает «плотность» границы ЧД, соответствующую Е/площадь поверхности = плотности энергии. Эта плотность энергии остается постоянной независимо от размера и энергоемкости ЧД; Температура формирующейся ЧД-звезды, управляемая частицами, также остается постоянной, поскольку ее размер, энергия и энтропия увеличиваются после преобразования прото-черной дыры в ЧД. Дополнительная энергия после образования ЧД присоединяется к граничной энергии ЧД, а не поступает внутрь ЧД. С этой концепцией черной дыры, «структурированной излучением», не связано ничего особенного. Комментарии приветствуются… РобертО