Czy czarne dziury są kuliste podczas łączenia?

30

Myślałem o czarnych dziurach, szczególnie w ostatnich chwilach przed połączeniem dwóch. Zastanawiam się, czy czarne dziury, a dokładniej ich horyzonty zdarzeń, są zawsze kuliste. Wydaje mi się, że w momentach przed połączeniem dwa horyzonty zdarzeń zostaną rozciągnięte, podobnie jak Księżyc powoduje przypływy oceanu. Narysowałem (słaby) schemat tego, jak moim zdaniem mogą one wyglądać. Zauważ, że horyzonty zdarzeń są bliższe osobliwości po wewnętrznej stronie, ponieważ grawitacja z każdej czarnej dziury jest przeciwna. Horyzonty zdarzeń znajdują się dalej od osobliwości po zewnętrznej stronie, ponieważ grawitacja z każdej czarnej dziury sumuje się. wprowadź opis zdjęcia tutaj

black-hole gravity Ryan_L
źródło
Istotny, jeśli nie dokładny dupek, jest ostatnim punktem w astronomii.stackexchange.com/questions/28610/…
Steve Linton
10
Jednym z problemów związanych z tym pytaniem jest to, że z definicji czarna dziura jest miejscem, w którym przestrzeń i czas są dość zniekształcone, a rzeczy dzieją się dość szybko. Zatem samo pytanie, jak kształtują się horyzonty zdarzeń w danym momencie, nie jest właściwie dobrze zdefiniowanym pytaniem. Zdefiniowanie, które zdarzenia mają miejsce w tym samym czasie, jest nieco arbitralnym procesem, zależnym od obserwatora, podczas gdy zdefiniowanie „kształtu” w sposób znaczący wymaga sporo różnicowej geometrii. Symulacje SXS ( black-holes.org ) podejmują próbę i można przeczytać ich artykuły w celu uzyskania szczegółowych informacji.
Steve Linton
2
Nawet pojedyncze czarne dziury o niezerowym momencie pędu (które „obracają się”) mają niesferyczne „kształty” .
StephenG

Odpowiedzi:

45

Nie musisz zgadywać. W tej dziedzinie przeprowadzono solidne badania. Nawet Wikipedia ma pewne informacje:

Gdy dwie czarne dziury zbliżają się do siebie, kształt dziobaka wystaje z każdego z dwóch horyzontów zdarzeń w kierunku drugiego. Występ ten rozciąga się dłużej i węższy, dopóki nie spotka się z występem z drugiej czarnej dziury. W tym momencie horyzont zdarzeń ma bardzo wąski kształt X w miejscu spotkania. Występy są wyciągane w cienką nić. Miejsce spotkania rozwija się w przybliżeniu cylindryczne połączenie zwane mostem.

https://en.wikipedia.org/wiki/Binary_black_hole#Shape

Istnieją prace badawcze ze zdjęciami przedstawiającymi wyniki obliczeń kształtu horyzontów zdarzeń podczas fuzji. Oto przykład:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Powyższe zdjęcie pochodzi z tego artykułu:

O toroidalnych horyzontach w binarnych inspiracjach Black Hole

Badamy strukturę horyzontu zdarzeń pod kątem symulacji numerycznych dwóch czarnych dziur, które zaczynają się na quasi-okrągłej orbicie, inspirują, a na koniec łączą. Stwierdzamy, że przestrzenny przekrój scalonego horyzontu zdarzeń ma sferyczną topologię (do granicy naszej rozdzielczości), pomimo oczekiwań, że ogólne binarne połączenia czarnej dziury przy braku symetrii powinny skutkować horyzontem zdarzeń, który na krótko ma toroidalny krzyż Sekcja.

Florin Andrei
źródło
15
+1 Piękne zdjęcia. Doceniam to, jak osie xyz w rogach absolutnie nic nie wnoszą.
12
@ user28113 Współrzędne mają sens w kontekście symulacji opisanej w artykule. Są to rzeczywiste wyniki analizy numerycznej - nie „wrażenie artysty” na to zjawisko.
Florin Andrei
8
@WhitePrime Czarne dziury to po prostu mocno zniekształcona czasoprzestrzeń. Na osobliwości nasza matematyka wysadza w powietrze, więc nie ma sensu o tym dużo mówić. Horyzont zdarzeń jest granicą, na której rzeczy zmieniają się na wiele sposobów - ale nie jest to linia narysowana w piasku, ani też nie jest to „stały obiekt”. Bardziej przypomina równik - wiesz, że tam jest, możesz go zmierzyć i obliczyć, ale na ziemi nie ma białej linii z napisem „Equator”. Na kształt horyzontu zdarzeń ma wpływ rotacja, inne masywne ciała w pobliżu itp. Byłoby kuliste dla statycznej, izolowanej czarnej dziury.
Florin Andrei
6
@WhitePrime Robią tak. Ale gumowe kulki to nie jedyne rzeczy, które mogą się „chwiać”. Sama czasoprzestrzeń może się chwiać. Cząstki w pułapce magnetycznej mogą się kołysać. Całe wszechświaty mogą się kołysać, jeśli warunki są odpowiednie. „Kołysanie się” oznacza po prostu siłę, która przeciwstawia się deformacji i sprowadza system z powrotem do punktu początkowego, ale przerzuca się i jest zdeformowany w przeciwnym kierunku, a następnie powraca z powrotem, itd. Wiele rzeczy może to zrobić.
Florin Andrei
5
Kwadratowe pierścienie dymne kołyszą się. Jeśli chodzi o granicę zwaną horyzontem zdarzeń, jest to po prostu wytyczenie obszaru przestrzeni, w którym my, będąc na zewnątrz, nie możemy przypisać „kiedy” żadnemu zdarzeniu, które ma miejsce wewnątrz. Rzeczy się tam zdarzają, ale musielibyśmy czekać nieskończoną ilość czasu, aby to zobaczyć.
Draco18s
1

Z pytania Czego można się nauczyć lub zauważyć w tym wideo LIGO Orrery? możemy obejrzeć wideo LIGO Orrery (zainspirowane oszałamiającym Keplerem Orrery IV ).

Zrobiłem tutaj mały, niskiej jakości GIF ze zrzutów ekranu, wideo jest o wiele bardziej interesujące.

Trudno było się upewnić, co dokładnie jest przedstawione, jak wspomniano w tej odpowiedzi, ale prawdopodobnie powierzchnie przedstawiają coś co najmniej trochę jak horyzont zdarzeń.

LIGO Orrery

O o
źródło