Вращающаяся черная дыра - Rotating black hole

Вращающаяся черная дыра является черной дырой , которая обладает угловым моментом . В частности, он вращается вокруг одной из своих осей симметрии.

Все небесные объекты - планеты , звезды ( Солнце ), галактики , черные дыры - вращаются.

Границы черной дыры Керра, имеющие отношение к астрофизике. Обратите внимание, что физических «поверхностей» как таковых нет. Границы - это математические поверхности или наборы точек в пространстве-времени, относящиеся к анализу свойств и взаимодействий черной дыры.

Типы черных дыр

Есть четыре известных точных решения для черных дыр уравнений поля Эйнштейна , которые описывают гравитацию в общей теории относительности . Две из них вращаются: черные дыры Керра и Керра – Ньюмана. Обычно считается, что каждая черная дыра быстро распадается до стабильной черной дыры; и, согласно теореме об отсутствии волос , (за исключением квантовых флуктуаций) стабильные черные дыры могут быть полностью описаны в любой момент времени этими 11 числами:

В то время как с точки зрения падающего наблюдателя погружение во вращающуюся черную дыру происходит за конечное собственное время и с очень высокой скоростью (слева), с точки зрения координатного наблюдателя на бесконечности они замедляются , приближаясь к нулевой скорости на горизонте относительно стационарный зонд на месте, постоянно вращающийся из -за эффекта перетаскивания кадра черной дыры (справа).
Продвигайтесь по связанной орбите вокруг черной дыры, вращающейся с параметром спина a / M = 0,9.

Эти числа представляют собой сохраненные атрибуты объекта, которые можно определить на расстоянии, исследуя его электромагнитное и гравитационное поля. Все другие вариации черной дыры либо ускользнут в бесконечность, либо будут поглощены черной дырой. Это связано с тем, что все, что происходит внутри горизонта черной дыры, не может повлиять на события за его пределами.

С точки зрения этих свойств четыре типа черных дыр можно определить следующим образом:

Невращающийся ( J  = 0) Вращающийся ( J  > 0)
Незаряженный ( Q  = 0) Шварцшильд Керр
Заряжено ( Q  ≠ 0) Рейсснер-Нордстрём Керр – Ньюман

Обратите внимание, что астрофизические черные дыры, как ожидается, будут иметь ненулевой угловой момент из-за их образования в результате коллапса вращающихся звездных объектов, но фактически нулевой заряд, поскольку любой чистый заряд будет быстро притягивать противоположный заряд и нейтрализовать. По этой причине термин «астрофизическая» черная дыра обычно используется для обозначения черной дыры Керра.

Формирование

Вращающиеся черные дыры образуются в результате гравитационного коллапса массивной вращающейся звезды или в результате коллапса или столкновения набора компактных объектов, звезд или газа с общим ненулевым угловым моментом. Поскольку все известные звезды вращаются и реалистичные столкновения имеют ненулевой угловой момент, ожидается, что все черные дыры в природе являются вращающимися черными дырами. Поскольку наблюдаемые астрономические объекты не обладают заметным чистым электрическим зарядом, только решение Керра имеет астрофизическое значение.

В конце 2006 года астрономы сообщили об оценках скорости вращения черных дыр в The Astrophysical Journal . Черная дыра в Млечном Пути, GRS 1915 + 105 , может вращаться 1150 раз в секунду, приближаясь к теоретическому верхнему пределу.

Связь с гамма-всплесками

Считается, что образование вращающейся черной дыры коллапсаром наблюдается как испускание гамма-всплесков .

Превращение в черную дыру Шварцшильда

Вращающаяся черная дыра может производить большое количество энергии за счет своей энергии вращения. Это происходит в процессе Пенроуза в эргосфере черной дыры , области за пределами ее горизонта событий. В этом случае вращающаяся черная дыра постепенно превращается в черную дыру Шварцшильда, минимальную конфигурацию, из которой невозможно извлечь дополнительную энергию, хотя скорость вращения черной дыры Керра никогда не достигнет нуля.

Метрика Керра, метрика Керра – Ньюмана.

Вращающаяся черная дыра с точки зрения удаленного наблюдателя. На разных кадрах черная дыра показана под разными углами.
Дополнительная информация: метрика Керра и Керра-Ньюмена метрика

Вращающаяся черная дыра - это решение уравнения поля Эйнштейна . Есть два известных точных решений, то метрика Керра и метрика Керра-Ньюмена , которые , как полагают, являются репрезентативными для всех вращающихся черных дыр решений, во внешней области.

Государственный переход

Вращающиеся черные дыры могут существовать в двух температурных состояниях: нагревание (потеря энергии) и охлаждение. В 1989 году Пол Дэвис утверждал, что переход между двумя состояниями происходит, когда квадрат отношения массы к угловому моменту черной дыры в единицах Планка равен золотому сечению . Позже было установлено, что это утверждение неверно и противоречит более ранней работе Дэвиса.

В популярной культуре

Черные дыры Керра широко представлены в визуальном романе « Штейнс; Врата» 2009 года (также на телевидении / в манге ) за их возможности для путешествий во времени. Однако они сильно увеличены для рассказа историй. Черные дыры Керра также являются ключевыми в проекте Джо Дэвиса (художника) «Лебединая песня» .

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Миснер, CW; Торн, Канзас; Уиллер, Дж. А. (1973). Гравитация (2-е изд.). WH Freeman.
  • Макви, Джон В. (1990). Путешествие во времени . Скарборо Хаус.
  • Мелия, Фульвио (2007). Галактическая сверхмассивная черная дыра . Princeton U Press.