Por que a luz não pode escapar de um buraco negro?

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Um buraco negro tem um horizonte de eventos que 'marca o ponto de não retorno'. Então, sim, a luz não pode escapar de um buraco negro.

Por quê? Bem, pense em um 'tecido do espaço-tempo'. É a maneira mais fácil de entender a física em funcionamento aqui, na minha opinião.

Normalmente, o tecido ficaria assim:

tecido
(fonte: whyfiles.org )

No entanto, um buraco negro tem tanta gravidade que se poderia dizer que "rasga" o tecido do espaço-tempo:

tecido buraco negro
(fonte: ddmcdn.com )

Quando a luz atinge essa área de gravidade incrivelmente intensa, ela simplesmente não pode sair - a luz viaja 'ao longo' do tecido e, como há um rasgo no tecido, pode-se dizer que simplesmente desaparece - ela se torna parte da singularidade .

Isso é uma simplificação, é claro, mas é o suficiente para entender pelo menos parte da física por trás desse fenômeno.

Desfazer
fonte
O efeito de dilatação do tempo do próprio horizonte de eventos é suficiente para impedir que a luz escape? Ou isso é apenas um pequeno componente do que mantém a luz presa em um buraco negro?
Mark Rogers
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Isso é terrível. Não há nada no desenho do tecido do espaço-tempo que aborda o horizonte ou por que é importante. É literalmente irrelevante - você está respondendo algo como "o que acontece com as coisas depois que elas caem em um buraco negro?" em vez de.
Stan Liou
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Eu gosto de pensar nisso em termos de velocidade de escape .

Velocidade de escape é a velocidade necessária para escapar da atração gravitacional de um determinado objeto. Para a Terra, essa velocidade é de 11,2 km / segundo (Mach 34!). Quando os foguetes decolam da Terra, eles não estão tentando atingir uma certa altura ou altitude, estão tentando alcançar uma certa velocidade, a velocidade de escape.

Quando um foguete atinge 11,2 kips *, ele atinge a velocidade necessária para deixar a Terra completamente. Se um foguete não atingir essa velocidade, independentemente de sua altura, ele voltará à Terra. (Você pode imaginar um balão mágico que lentamente o levará ao espaço, passando pela ISS e pela maioria dos satélites, e depois solte-o: como você não está indo rápido o suficiente, cairá de volta, passando por todos os satélites e colidir com a terra.)

Corpos gravitacionais menores, como a lua, têm velocidades de escape menores. É por isso que os astronautas lunares foram capazes de deixar a Lua com um estágio de subida tão pequeno , em comparação com o enorme Saturno V necessário para deixar a Terra: eles só tiveram que percorrer 2,4 km / segundo.

Módulo Saturn V vs Lunar Ascent Módulo de Subida Lunar

Para escapar do Sol, você teria que ir 617,5 km / segundo!

Felizmente para nós, a luz ultrapassa os 617,5 kips, para que possamos ver a luz criada no Sol. No entanto, à medida que você aumenta a massa de um objeto, a velocidade de escape pode atingir ou exceder 299.792 km / s, a velocidade da luz. Nesse ponto, nem a própria luz pode ir rápido o suficiente para escapar bem da gravidade e sempre será puxada de volta para o buraco negro.

* Abreviação de " ki lometers p er s econd"

brentonstrina
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a velocidade de escape para a Terra é 11,2kps; no entanto, isso se aplica a objetos lançados; você tem que jogar uma pedra a 11,2kps (ignorando o arrasto atmosférico) para deixar a Terra e não cair; no entanto, se sua rocha tiver um motor que possa aplicar empuxo, poderá deixar a Terra a uma velocidade muito menor. Quanto mais tempo ele for capaz de aplicar o impulso, mais lento ele será quando sair.
jmarina
jmarina, isso é interessante, eu não ouvi isso. Você se importaria de fornecer um link com mais informações ou o nome do efeito que está descrevendo?
Brentonstrine 30/10
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@marina está certa, mas a explicação é mais interessante. A velocidade de escape diminui com a distância do corpo do qual você está tentando escapar. Por exemplo, a 9.000 km acima, a velocidade de escape é de cerca de 7,1 km / s. A razão é que, se você está indo nessa velocidade que visa apenas errar a Terra, aumentaria a velocidade extra ao cair na direção dela. E enquanto a velocidade de escape do sol na superfície do sol é de 617,5 km / s, na órbita da Terra é de apenas 42,1 km / s.
Jason Goemaat
Ah entendo. A velocidade de escape é fatorada na velocidade "livre" que você obtém da força gravitacional se voltar para baixo (mas em ângulo o suficiente para perder o planeta). Isso esta certo?
Brentonstrine 31/10
@brentonstrine a velocidade livre que você menciona que recebe de um assistente de gravidade: www2.jpl.nasa.gov/basics/grav/primer.php a velocidade orbital da Terra é de cerca de 30 km / s, varia um pouco até 29kps porque o órbita não é um círculo exato, na verdade estamos mais próximos do sol no norte do inverno e mais de um milhão de quilômetros no verão. nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet
jmarina
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Não se esqueça de que, se um buraco negro tem menos do que a massa estável atual de um buraco negro (3 massas solares), ele evapora - transformando sua massa em radiação. Nesse caso, emitia luz, principalmente raios X e gama, a uma taxa crescente à medida que sua massa diminui, até que todo o buraco negro se transforme em um flash de forte radiação.

http://en.wikipedia.org/wiki/Hawking_radiation

No entanto, essa luz é a massa do buraco negro que escapa na forma da forma mais básica de energia.

jmarina
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TildalWave 21/12/2013