Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Вращающаяся черная дыра [1] является черной дырой , которая обладает угловым моментом . В частности, он вращается вокруг одной из своих осей симметрии.

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. [2] : 35

Типы черных дыр [ править ]

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 одиннадцатью 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 потому, 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)ШварцшильдКерр
Заряжено ( Q  ≠ 0)Рейсснер-НордстрёмКерр – 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 нейтрализоваться. По этой причине термин «астрофизическая» черная дыра обычно используется для обозначения черной дыры Керра. [3]

Формирование [ править ]

Вращающиеся черные дыры образуются в результате гравитационного коллапса массивной вращающейся звезды или в результате коллапса или столкновения набора компактных объектов, звезд или газа с полным 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. [ необходима цитата ] Поскольку наблюдаемые астрономические объекты не обладают заметным 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 [4], приближаясь к теоретическому верхнему пределу.

Связь с гамма-всплесками [ править ]

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

Преобразование в черную дыру Шварцшильда [ править ]

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 [ править ]

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.

Переход между состояниями [ править ]

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 . [5] Это утверждение позже было признано неверным и противоречит более ранней работе Дэвиса. [6]

В популярной культуре [ править ]

Черные дыры Керра широко представлены в визуальном романе Штейнс; Врата 2009 года (также на телевидении / в манге ) за их возможности для путешествий во времени. [7] Они, однако, сильно увеличены для рассказа историй. Черные дыры Керра также являются ключевыми в проекте Джо Дэвиса (художника) «Лебединая песня» . [8] [9]

См. Также [ править ]

  • Параметр вращения черной дыры
  • Черные дыры Керра как кротовые норы
  • Сингулярность BKL - решение, отображающее внутреннюю геометрию черных дыр, образованных гравитационным коллапсом.
  • Процесс Пенроуза
  • Эргосфера
  • Черная дыра спин-флип
  • Бомба черной дыры
  • Звездные черные дыры

Ссылки [ править ]

  1. ^ "[2012.08785] Проверка петлевой квантовой гравитации на основе наблюдательных последствий несингулярных вращающихся черных дыр" .
  2. ^ Виссер, Мэтт (15 января 2008 г.). «Пространство-время Керра: краткое введение». arXiv : 0706.0622 [ gr-qc ].
  3. ^ Капело, Педро Р. (2019). «Астрофизические черные дыры». Формирование первых черных дыр . С. 1–22. arXiv : 1807.06014 . DOI : 10.1142 / 9789813227958_0001 . ISBN 978-981-322-794-1. S2CID  119383808 .
  4. Перейти ↑ Hayes, Jacqui (24 ноября 2006 г.). «Черная дыра вращается на пределе» . Журнал Космос . Архивировано из оригинала 7 мая 2012 года.
  5. ^ Дэвис, Пол CW (1989). «Термодинамические фазовые переходы черных дыр Керра-Ньюмана в пространстве де Ситтера». Классическая и квантовая гравитация . 6 (12): 1909–1914. Bibcode : 1989CQGra ... 6.1909D . DOI : 10.1088 / 0264-9381 / 6/12/018 .
  6. ↑ Баэз, Джон С. (28 февраля 2013 г.). «Черные дыры и золотое сечение» . Азимут . Проверено 26 июля 2019 года .
  7. ^ "想 定 科学『 Steins; Gate (シ ュ タ イ ン ズ ゲ ー ト) 』公式 Web サ イ ト" . steinsgate.jp (на японском) . Проверено 29 апреля 2020 .
  8. ^ Марк Хэй (23 июля 2020 г.). «Познакомьтесь с человеком, который пытается предупредить о самых страшных трагедиях в истории 1935 года» . Мик .
  9. ^ "Летняя школа космического искусства. Летняя школа космического искусства с Джо Дэвисом" . 10 августа 2020.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • CW Misner, KS Thorne, JA Wheeler, J. Wheeler и K. Thorne, Gravitation (Physics Series) , 2nd ed. WH Freeman, сентябрь 1973 г.
  • Макви, Джон В., Путешествие во времени , Дом Скарборо, 1990
  • Мелия, Фульвио , Галактическая сверхмассивная черная дыра , Princeton U Press, 2007