All'inizio a molte persone non interessavano i buchi neri. Ma in seguito le persone hanno dimostrato che erano caratteristiche piuttosto inevitabili della teoria della relatività generale e quella teoria ha fatto altre predizioni abbastanza precise che sono state testate e trovate valide.

Quindi quando ti viene detto che i buchi neri sono necessari se tu avere GR e GR sembra il miglior gioco in città, allora diventa meno fastidioso.

Ma c'è di più. Avere una teoria classica dettagliata dei buchi neri dà limiti alle dimensioni delle stelle di neutroni e vediamo stelle di neutroni. Quindi puoi cercare stelle di neutroni, cercare prove della loro massa e ora se ne vedi una troppo grande puoi confutare GR. Quindi le persone guardano. E GR vince ancora.

E alla fine iniziamo a vedere oggetti che si comportano come ci aspettiamo che si comporti un buco nero. Quindi ha senso riferirsi a cose come buchi neri. Perché sono abbastanza simili a loro che le teorie sui buchi neri possono funzionare.

Continui a tracciare una linea tra ciò che è stato osservato e ciò che non lo è. E le radiazioni di Hawking sono dalla parte sbagliata. Ma se qualcuno parla con certezza delle radiazioni di Hawking, probabilmente sta cercando di spiegare le previsioni di una teoria nota piuttosto che un fatto confermato sperimentalmente. Ma è sempre importante distinguere tra nuovi risultati e risultati noti, quindi l'apparente certezza è probabilmente un tentativo di dire "Non sto dicendo qualcosa di nuovo" e viene fuori male.

... perché ci fidiamo della fisica dei buchi neri? ... (fisica che deriva dalla combinazione di meccanica quantistica e GR come la radiazione di Hawking, cose relative al paradosso dell'informazione, ecc.)

Formalmente, non c'è un motivo per perché non abbiamo ancora osservato queste cose. Ma anche questo va benissimo perché a volte è così che funziona la scienza: abbiamo una teoria che fa previsioni, quindi testiamo quelle previsioni.

Abbiamo un quadro teorico, la relatività generale, che funziona abbastanza bene in tutti i test finora. Poiché i buchi neri sono una soluzione alle equazioni di campo di Einstein (EFE) e abbiamo prove di buchi neri (vedi sotto), allora c'è una aspettativa che la fisica intorno / vicino vale anche l'orizzonte degli eventi descritto da GR.

Quindi non sappiamo davvero che un orizzonte degli eventi esista effettivamente, ma crediamo che lo sia perché le soluzioni all'EFE mostrano che dovrebbe e abbiamo osservato BH. Si spera che l ' Event Horizon Telescope ci mostri presto l'orizzonte degli eventi di Sgr A *.

Inoltre non sappiamo che i BH subiscono la radiazione di Hawking, ma poiché deriva anche dall'applicazione QM (anche abbastanza ben testato) sufficientemente lontano dal BH che gli effetti gravitazionali quantistici dovrebbero essere trascurabili e si può usare QFT nello spaziotempo curvo, ci si può ragionevolmente aspettare che un BH subisca Anche le radiazioni di Hawking. Si spera che Fermi-LAT sia in grado di rilevare l'evaporazione dei buchi neri primordiali durante il suo ciclo di vita (attualmente supportato fino al 2018)

... vorrei capire perché in assenza di prove dirette ...

Nota che abbiamo prove di buchi neri. L'immagine sotto è una mappa delle orbite di alcune delle 28 stelle tracciate per un periodo di 16 anni all'interno della nostra galassia. Le orbite sono inferiori a 100 UA (circa l'orbita di Plutone) e stanno sfrecciando lungo circa 1000 km / s (rispetto ai 4 km / s di Plutone).

( fonte)

Sappiamo che la velocità orbitale di un oggetto è correlata alla massa dell'attrattore; poiché queste 28 stelle orbitano tutte attorno allo stesso punto, l'attrattore è praticamente il centro morto della galassia (in effetti è stazionario a ~ 1 km / s). Uno studio del 2009, Gillessen et al (ApJ 692), ha dimostrato che le stelle richiedono che la massa dell'oggetto interno sia di circa 4 milioni masse solari , $ \ sim8 \ times10 ^ {39} \, \ rm g $. Le osservazioni di Sgr A * stesso suggeriscono che il suo raggio è inferiore a 1 UA. Un oggetto così massiccio in uno spazio così piccolo è oltre ogni ragionevole dubbio, un buco nero supermassiccio .

Riguardo alle prove a sostegno dell'esistenza di Event Horizons in questi oggetti molto compatti, ecco alcune notizie dal noto Cygnus X-1, uno degli oggetti compatti più studiati e il candidato più promettente per un buco nero di collasso stellare:

... la prova di un simile orizzonte degli eventi potrebbe essere stata rilevata nel 1992 usando osservazioni ultraviolette (UV) con il fotometro ad alta velocità del telescopio spaziale Hubble. Mentre ammassi di materia auto-luminosi si trasformano in un buco nero, la loro radiazione verrà emessa in una serie di impulsi soggetti a spostamento verso il rosso gravitazionale mentre il materiale si avvicina all'orizzonte. Cioè, le lunghezze d'onda della radiazione aumenteranno costantemente, come previsto dalla Relatività Generale. La materia che colpisce un oggetto solido e compatto emetterebbe un'ultima scarica di energia, mentre il materiale che passa attraverso un orizzonte degli eventi no. Sono stati osservati due di questi "treni di impulsi morenti", il che è coerente con l'esistenza di un buco nero.

Fonte? solo un buon vecchio wiki ... https://en.wikipedia.org/wiki/Cygnus_X-1#Compact_object

Per quanto riguarda il resto delle tue domande, possono rispondere con quanto segue. Le teorie fisiche hanno una proprietà chiamata loro intervallo di validità . Fondamentalmente, questo intervallo di validità corrisponde all'intervallo nei valori delle grandezze coinvolte nella teoria in cui siamo sicuri che la teoria sia corretta. In generale, a causa di due cose: 1) la correttezza è stata stabilita empiricamente; 2) le teorie più fondamentali prevedono effettivamente che le correzioni o le deviazioni da esse predette divengano trascurabili a queste scale (o, se non abbiamo ancora le teorie, alcune altre considerazioni teoriche forniscono gli argomenti).

In questo senso, ecco perché ci fidiamo della gravità newtonanina per i calcoli orbitali di base, ecco perché ci fidiamo della meccanica newtoniana per la dinamica dei fluidi di base, ad esempio, ecc.

La teoria quantistica dei campi (QFT) in sfondi curvi è una teoria che presuppone che stiamo lavorando nel dominio in cui la gravità è ben descritta dalla GR classica (come nelle vicinanze dell'orizzonte degli eventi di una massa stellare o di un buco nero supermassiccio ). Partendo da questo presupposto, eseguiamo QFT in questo quadro. Non dovrebbe esserci nulla di sospetto in questo nella misura in cui non facciamo estrapolazioni ingiustificate al regime in cui sappiamo che la nostra ipotesi iniziale è insostenibile (come, ad esempio, nella singolarità al centro del buco nero). Infine, poiché si ritiene che entrambe le teorie funzionino bene in quel regime (cioè, non si verificano modifiche drastiche dei loro principi fondamentali; potrebbero esserci alcune modifiche minori, ad esempio, usiamo effettivamente una riformulazione generale della QFT per uno sfondo curvo generale, questo è coperto dall'approccio algebrico), quindi ci fidiamo delle conclusioni. Naturalmente, queste conclusioni devono essere verificate rispetto agli esperimenti. E stiamo effettivamente cercando di fare proprio questo. Il fatto è che non è così facile da fare!

La relatività generale (GR) si è rivelata una grande teoria matematicamente bella con previsioni / osservazioni sperimentali incredibilmente accurate (ad esempio, flessione della luce, precessione di Mercurio, ecc.) Questa teoria fornisce naturalmente alcune semplici soluzioni che sono chiamate buchi neri. In questo senso si dovrebbero prenderli sul serio poiché provengono da una teoria saldamente "consolidata".

Sì, GR non è compatibile con la meccanica quantistica. Questo è ovviamente un problema molto profondo. Ma sappiamo che si può prendere il limite classico di una teoria quantistica. Questo limite è lo spazio e la scala temporale della nostra "vita quotidiana". Il calcolo di Hawking è nello stesso spirito. Ha effettivamente quantizzato alcuni campi di materia in un contesto classico. Questa è una sorta di "limite classico" (in realtà chiamato gravità semi-classica). Finora non conosciamo la teoria quantistica completa della gravità, ma qualunque sia quella teoria, dovrebbe riprodurre questo risultato di Hawking in questo limite. In questo senso la radiazione di Hawking è molto robusta.

A proposito, ci sono alcune forti prove di buchi neri astrofisici (come BH super-massicci, ecc.). Puoi semplicemente cercarli su Internet da solo!

Sarebbe negligente non aggiungere una risposta aggiornata alla domanda precedente.Nel settembre 2015, è stata rilevata una fusione blackhole binaria da LIGO.Il segnale corrisponde perfettamente al segnale previsto, come previsto dalle simulazioni numeriche utilizzando la relatività generale.Questa è una prova molto convincente dell'esistenza di buchi neri di massa stellare.

Per quanto riguarda le tue preoccupazioni sull'orizzonte degli eventi:

Non ci sono prove sperimentali dirette degli orizzonti degli eventi.

Non sono un esperto di relatività generale numerica, ma presumibilmente nella modellazione delle fusioni di buchi neri, devono gestire la realtà degli orizzonti degli eventi e le informazioni consentite da esso.Questa è una forte conferma della fisica dei buchi neri come previsto dalla Relatività Generale.