如果两个黑洞事件视界重叠(接触),它们会再次分离吗?


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基于我的理解的一个假设性问题,即重叠(触摸)的两个事件范围再也无法分开:

想象有一个10亿太阳质量的黑洞(因此,事件视界非常大,并且在重力上非常弱)正在以0.9c的速度行进穿过平坦的星际空间。现在想象一下,一个相同的10亿太阳质量黑洞在0.9c处移动,但方向完全相反,因此两者大致朝向彼此。一旦考虑了所有时空扭曲,黑洞的路径就不会直接碰撞,但事件视界的最外边缘将彼此“夹住”,通常仅重叠几分之一纳秒这两个物体以如此之快的速度并以彼此相反的方向行进。

因此,首先,我是否正确地认为,如果两个事件范围重叠,则它们永远不会“重叠”?

其次,彼此黑洞的惊人动量将发生什么?它会立即变成重力吗?请记住,当黑洞正常合并时,它会非常缓慢地发生,因为黑洞在数百万年中逐渐越来越靠近在一起,并释放出了引力能量,因此在这种情况下,它不会在几分之一纳秒内。

第三,这会是什么样?事件视界会保持相当球形,并且辐射能量只是疯狂吗?或者它们会相互射穿,然后随着时间的流逝而减速并突然回弹,从而伸展并翘曲成一种细长的弹性事件视界?


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FWIW,如果他们正好彼此靠近,他们的相对速度将为180c / 181,大约为0.9945c。根据vttoth.com/CMS/physics-notes/311-hawking-radiation-calculator的数据,其EH半径约为9853光秒。并且不要忘记它们也具有巨大的相对角动量。
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为了使事情更加有趣,可以说它们已经在Kerr极限处彼此相反的方向旋转,因此从角动量守恒的角度来看,当它们触摸到非常混乱时。
Loadwick

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好吧,SMBH的确会趋向于接近极限旋转,因此这与您赋予它们的相对速度不同,这并非不现实。;)但是,这将使本来已经很困难的计算更加困难。对于GR中的一般2体问题,没有任何解析解决方案,因此您必须求助于数值方法,而试图以相对论速度处理一对SMBH,则需要进行非常大量的运算才能得出估计值可以信赖的估计。
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FWIW,一个月或两个月前在xkcd上有一个与此主题相关的线程:是否有可能使用另一个黑洞从黑洞中逃脱?
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Answers:


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您已经有了一些不错的答案,但是我将尝试提供一种更直观的解决方案,说明如果相互重叠,事件视线为何再也不会分离:
首先,想象一下黑洞EH内出现的斑点。我相信我们会同意,这个斑点永远无法逃脱黑洞,因为事件视界后面什么也不会回来。
现在,想象一下相同的尘埃斑点,但是在两个黑洞彼此重叠的EH的重叠部分内部。这种灰尘斑点永远不会逸出这两个黑洞中的任何一个,因为它位于两个黑洞的EH内。如果这些黑洞能够再次分离,它们之间的斑点显然会在进入事件视线之后躲过至少一个黑洞。
由于这不可能发生,因此无论它们的速度如何,两个黑洞将从它们的事件视线重叠的点开始团结在一起。


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作为一个随便浏览的外行,这是一个很好的直观解释!
Daniel B

我确实喜欢这种可视化效果,我认为仍然可以使用量子隧道技术逃脱。但是,除非我们学会控制用于实例化旅行的量子隧穿,否则这基本上是无关紧要的。无论如何,我同意你的意见,这就是我认为EH会像橡皮筋一样伸展和弯曲的原因。它无法分离,但也不能立即停止。
Loadwick

这几乎是斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)论文中的论点。
史蒂夫·林顿

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您甚至不需要一点灰尘。任何粒子都会做同样的事情-即使是虚拟粒子。而且总是有虚拟粒子。
洛伦·佩希特尔

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对于我来说,这不是一种直观的解释。逻辑似乎严格而无可辩驳。可理解的!=直观;-)。
彼得-恢复莫妮卡

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如果事件视界曾经接触并成为一个连续的表面,则它们的命运将被密封-两个黑洞将一直融合在一起。无论如何,它们再也不会分离。

有几种可能的解释方式,但程度不同。

直观的解释是事件视界处的逃逸速度等于光速。但是没有什么可以像光一样快地移动,甚至没有黑洞。为了使两个黑洞分开,一个黑洞的一部分将不得不“逃脱”另一个黑洞,或者移动得比光快,这是不可能的。

编辑:另一个直观的“解释”(又名很多挥舞手法)-在事件范围内,所有轨迹都指向中心。从地平线上的任何地方到外部都没有可能的路径。无论您以哪种方式转动,都在注视着中心。无论您以哪种方式移动,都将向中心移动。如果事件视界已合并,为了使黑洞再次分裂,它们的某些部分将不得不“远离中心”(或远离中心之一)移动,这是不可能的。

以上所有内容与“解释”橡胶板上钢球的广义相对论一样“严格”。这只是隐喻。

更严格地,请参见Stephen Hawking的这篇论文:

广义相对论中的黑洞

随着时间的增加,黑洞可能会合并在一起,并且进一步的物体崩溃可能会产生新的黑洞,但黑洞永远不会分叉。(第156页)


编辑:事件视界不是真的“只是互相夹住”。完美的球形事件视界是理论上的抽象(在否则为空的宇宙中,是非旋转的黑洞)。实际上,靠近BH的任何物体都会使事件范围变形,这将朝着该质量“伸出”。如果质量很小,则效果可忽略不计。

但是,如果两个黑洞彼此靠近,则EH会变成卵形,就好像试图彼此接触一样。如果它们足够接近,则最终将在它们之间形成一个非常狭窄的桥梁,并且EH将合并。届时,将完全合并,并会绝对确定地进行直到完成为止。没有什么可以阻止它。

看到这个答案:

合并期间黑洞是球形的吗?


彼此的黑洞势头如此之大,将会发生什么?

如果碰撞不是完全正面的,合并后产生的黑洞将有很多旋转。任何无法塞入自旋的能量都可能会以引力波的形式散发出去(正如其他人已经在对您的问题的评论中指出的那样)。


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如果两个EH接触,则黑洞的中心仍不在彼此的事件范围内。视中心的大小而定,它们与另一方的事件范围可能相距很远……因此,可以肯定的是,如果它们的速度足够快,即使事件范围合并后它们也可以逃脱?
Rob

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@Rob中心没有特权。忘了中心。一旦创建了桥梁,就所有意图和目的而言,这都是一个黑洞。没有“重叠”,您的图像是错误的-两个实体已经合并,只有一个事件范围,而不是两个(请参阅我在结尾处链接的答案)。而且,无论您做什么,都无法在事件范围内划分大块。忘了0.999c,没什么。大多数人都没有意识到事件范围内的时空是多么真实。确实没有出路,这不是言辞。
Florin Andrei

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我猜想我很难调和的是,如果奇异性(假设所有问题都位于一个点上)没有跨越另一个事件的视野,为什么它无法逃脱?我了解事件视界会合并,但是,如果我们想到两个奇点(它们确实不是瞬间合并吗?)具有自己的schwarzschild半径,为什么它们的交点会为各自的奇点拼命厄运?如果太阳部分穿过事件视界,我会想象只有太阳穿过事件视界的那部分会被永远困住
Rob

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@Rob看来您的心理模型基本上具有质量和事件视界,它们在空间中的位置与正常对象一样。事实并非如此。奇异性和事件视界都是极度弯曲的时空的方面,并且它们的行为只能甚至在该弯曲的时空中被近似地理解。考虑到一些模拟,请访问youtube.com/user/SXSCollaboration
Steve Linton

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@传真蛋形区域也可以防止东西离开。任何与两个黑洞之间的“边界”垂直“移动”的东西仍然需要足够的动量来克服组合的重力,将其拉回到两个黑洞之间的拉格朗日点(记住即使您可以如果只有其中一个逃脱)。如果拉格朗日点的逃逸速度超过光速,则拉格朗日点本身位于组合事件视界内,并且黑洞合并。
Draco18s
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