Si deux horizons d’événement de trou noir se chevauchent, peuvent-ils se séparer de nouveau?


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Question hypothétique basée sur ma compréhension du fait que deux horizons d'événements qui se chevauchent ne peuvent plus jamais se séparer:

Imaginez un trou noir d'un milliard de masse solaire (donc l'horizon des événements est énorme et extrêmement faible) se déplace à une vitesse de 0,9 ° C dans un espace intergalactique plat et vide; Imaginons maintenant un trou noir identique d'un milliard de masse solaire se déplaçant à 0,9 ° C mais exactement dans le sens opposé, de sorte que les deux se dirigent approximativement l'un vers l'autre. Les chemins des trous noirs, une fois prise en compte de la distorsion spatio-temporelle, ne sont pas en collision directe, mais les bords les plus externes des horizons des événements se "coupent" les uns aux autres, ne se chevauchant d'ordinaire ces deux corps se déplacent à des vitesses incroyablement rapides et dans des directions opposées.

Alors, premièrement, ai-je raison de penser que, si deux horizons d'événements se chevauchent, ils ne peuvent jamais «se défaire»?

Deuxièmement, qu'adviendrait-il de cette incroyable quantité de mouvement des trous noirs? Est-ce que cela deviendrait juste instantanément transformé en énergie gravitationnelle? Gardant à l'esprit que lorsque les trous noirs fusionnent normalement, cela se produit très lentement, car les trous noirs se rapprochent de plus en plus au cours de millions d'années, émettant de l'énergie gravitationnelle lorsque cela se produit, donc pas en une fraction de nanoseconde comme dans le cas présent.

Et troisièmement, à quoi cela ressemblerait-il? Les horizons d’événement resteraient-ils assez sphériques et l’énergie rayonnée deviendrait-elle folle ou s’étireraient-ils pour se transformer en une sorte d’horizon d’événements élastiques longs et minces à mesure qu’ils se dépasseraient, puis se ralentiraient avec le temps et se ramèneraient?


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FWIW, s’ils se dirigeaient exactement les uns vers les autres, leur vitesse relative serait de 180c / 181, environ 0,9945c. Selon vttoth.com/CMS/physics-notes/311-hawking-radiation-calculator, leur rayon EH est d'environ 9853 secondes-lumière. Et n'oubliez pas qu'ils ont aussi un énorme moment angulaire relatif.
PM 2, le

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Pour pimenter davantage les choses, disons qu’elles tournent déjà à la limite du Kerr dans des directions opposées les unes des autres, de sorte qu’elles touchent son très désordonné du point de vue de la conservation du moment angulaire.
Loadwick le

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Eh bien, les SMBH tendent de toute façon à tourner assez près de la limite, ce qui n’est donc pas irréaliste, contrairement à la vitesse relative que vous leur avez donnée. ;) Mais cela rendra encore plus difficile un calcul déjà difficile. Il n’existe pas de solution analytique au problème général 2 corps en GR, vous devez donc recourir à des méthodes numériques. Tenter de manipuler une paire de SMBH à une vitesse relativiste nécessitera des calculs très lourds pour obtenir une estimation vaguement fiable.
PM 2, le


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FWIW, il y avait un fil de discussion sur xkcd il y a un mois ou deux lié à ce sujet: Est-il possible d'échapper à un trou noir en utilisant un autre trou noir?
PM 2Re

Réponses:


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Vous avez déjà obtenu de bonnes réponses, mais je vais simplement essayer de fournir une solution plus intuitive expliquant pourquoi les horizons des événements ne se séparent plus s'ils se chevauchent:
imaginons tout d'abord un grain de poussière qui pénètre à l'intérieur du trou noir . Je pense que nous conviendrons que cette particule ne pourra jamais échapper au trou noir, car rien ne peut revenir de l’horizon des événements.
Maintenant, imaginez le même grain de poussière, mais à l'intérieur des parties superposées de l'EH de deux trous noirs qui se croisent. Ce grain de poussière n'échappera jamais à aucun de ces deux trous noirs, car il se trouve à l'intérieur de l'EH des deux. Si ces trous noirs pouvaient se séparer à nouveau, la tache coincée entre eux échapperait évidemment à au moins un des trous noirs, après avoir été derrière son horizon d'événements.
Comme cela ne peut pas arriver, les deux trous noirs seront unis à partir du point où leurs horizons d'événements se chevauchent, quelle que soit leur vitesse.


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En tant que profane, il s'agit d'une excellente explication intuitive!
Daniel B

J'aime bien cette visualisation, je suppose qu'il est encore possible de s'échapper en utilisant un tunneling quantique. Mais en grande partie hors de propos si nous n’apprenons pas à contrôler les tunnels quantiques pour les voyages d’instanciations. En tout cas, je suis d’accord avec vous et c’est la raison pour laquelle je pense que l’EH s’étirait et se déformait comme un élastique. Il ne peut pas se séparer mais il ne peut pas s'arrêter instantanément
Loadwick le

C'est à peu près l'argument dans le papier de Stephen Hawking.
Steve Linton

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Vous n'avez même pas besoin d'un grain de poussière. Toute particule fera la même chose, même une particule virtuelle. Et il y a toujours des particules virtuelles.
Loren Pechtel le

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Cela ne me vient pas à l'esprit comme une explication intuitive. la logique semble rigoureuse et irréfutable. Intelligible! = Intuitif ;-).
Peter - Réintégrer Monica le

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Si les horizons des événements se touchent et deviennent une seule et même surface continue, leur destin est scellé - les deux trous noirs se fondront complètement. Ils ne pourront jamais plus se séparer, quoi qu'il en soit.

Il y a plusieurs façons de l'expliquer, avec plus ou moins de rigueur.

Une explication intuitive est que la vitesse de sortie à l'horizon de l'événement est égale à la vitesse de la lumière. Mais rien ne peut bouger aussi vite que la lumière, pas même un trou noir. Pour que les deux trous noirs se séparent, des parties de l’un doivent «échapper» à l’autre ou se déplacer plus rapidement que la lumière, ce qui est impossible.

EDIT : Une autre "explication" intuitive (beaucoup de gestes) - dans l’horizon des événements, toutes les trajectoires mènent au centre. Il n'y a pas de chemin possible de n'importe où dans l'horizon vers l'extérieur. Quelle que soit la façon dont vous tournez, vous regardez au centre. Quelle que soit la façon dont vous vous déplacez, vous vous déplacez vers le centre. Si les horizons des événements ont été fusionnés, pour que les trous noirs se divisent à nouveau, il faudrait que certaines parties s’éloignent du centre (ou de l’un des centres), ce qui n’est pas possible.

Tout ce qui précède est à peu près aussi "rigoureux" que "l'explication" de la relativité générale avec des billes d'acier sur une feuille de caoutchouc. C'est juste une métaphore.

Plus rigoureusement, voir cet article de Stephen Hawking:

Les trous noirs de la relativité générale

À mesure que le temps augmente, les trous noirs peuvent fusionner et de nouveaux trous noirs peuvent être créés par l'effondrement de nouveaux corps, mais un trou noir ne peut jamais être divisé. (page 156)


EDIT : Les horizons des événements ne "se coupent pas vraiment les uns les autres". Les horizons d'événements parfaitement sphériques sont une abstraction théorique (un trou noir non rotatif dans un univers autrement vide). En réalité, tout ce qui se trouve à proximité d'un BH déformera l'horizon des événements, ce qui "atteindra" cette masse. Si c'est une petite masse, l'effet est négligeable.

Mais si deux trous noirs se rapprochent, les EH deviennent en forme d'oeuf, comme s'ils essayaient de se toucher. S'ils sont suffisamment proches, un pont très étroit finira par se former entre eux et les EH fusionneront. A ce moment, la fusion complète est décrétée et se déroulera avec une certitude absolue jusqu'à ce qu'elle soit complète. Rien ne peut l'arrêter.

Voir cette réponse:

Les trous noirs sont-ils sphériques lors de la fusion?


qu'adviendrait-il de cette quantité incroyable d'élan les uns des autres des trous noirs?

Le trou noir qui en résultera après la fusion produira beaucoup d’effets, si la collision n’est pas parfaitement frontale. Toute énergie qui ne peut pas être transformée en vrille va probablement être émise par des ondes gravitationnelles (comme d'autres l'ont déjà indiqué dans les commentaires de votre question).


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Si les deux EH se touchent, les centres des trous noirs ne se trouvent toujours pas à l'intérieur de l'horizon des événements l'un de l'autre. En fonction de leur taille, les centres peuvent être assez éloignés de l'horizon des événements de l'autre ... alors s'ils vont assez vite, ils peuvent s'échapper même après la fusion des horizons des événements?
Rob le

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@Rob Le centre n'est pas privilégié. Oublie le centre. Une fois le pont créé, à toutes fins pratiques, il n’ya qu’un trou noir. Il n'y a pas de "chevauchement", votre image est fausse - les deux entités ont déjà fusionné, il n'y a qu'un seul horizon d'événements, pas deux (voir la réponse que j'ai liée à la fin). Et vous ne pouvez pas séparer des morceaux d'un horizon d'événements, peu importe ce que vous faites. Oubliez le 0.999c, c'est rien. La plupart des gens ne réalisent pas à quel point l'espace entre l'horizon des événements est réellement brouillé. Il n'y a vraiment pas d'issue, ce n'est pas une figure de style.
Florin Andrei

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Je suppose que ce qui est difficile pour moi de me réconcilier, c’est que si la singularité (en supposant que tout le sujet est situé en un point unique) ne traverse pas un autre horizon d’événements - pourquoi ne devrait-elle pas être incapable de s’échapper? Je comprends que les horizons des événements se confondent, cependant, si nous pensons que les deux singularités (qui ne fusionnent pas instantanément?) Ont leur propre rayon de schwarzschild, pourquoi leurs intersections devraient-elles condamner leurs singularités respectives? Si un soleil traversait en partie un horizon d'événements, j'imaginais que seule la partie du soleil qui traverserait l'horizon des événements serait piégée à jamais
Rob

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@Rob Il semble que votre modèle mental ait la masse et que l'horizon des événements ait des emplacements dans l'espace, tout comme les objets normaux. Ce n'est pas comme ça. La singularité et l'horizon des événements sont tous deux des aspects d'un espace-temps extrêmement courbe et leur comportement ne peut être compris, même approximativement, que dans cet espace-temps courbe. Regardez youtube.com/user/SXSCollaboration pour des simulations tenant compte de cela
Steve Linton Le

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@Fax Les régions en forme d'oeuf empêchent les choses de partir aussi. Tout ce qui «se déplace perpendiculairement» à la «limite» entre les deux trous noirs a encore besoin de suffisamment d’élan pour surmonter la gravité combinée, le ramenant en arrière vers le point lagrangien situé entre les deux trous noirs (rappelez-vous que vous devez vous battre contre les deux, même si vous pouviez échapper s'il n'y en avait qu'un). Si la vitesse d'échappement au point Lagrange dépasse la vitesse de la lumière, le point Lagrange est lui-même situé dans l'horizon des événements combinés et les trous noirs se confondent.
Draco18s
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