Вращающаяся черная дыра - Rotating black hole

А вращающаяся черная дыра это черная дыра который обладает угловой момент. 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.[1]:35

Типы черных дыр

Есть четыре известных точных решения проблемы черной дыры. Уравнения поля Эйнштейна, которые описывают гравитацию в общая теория относительности. Две из них вращаются: черные дыры Керра и Керра – Ньюмана. Обычно считается, что каждая черная дыра быстро распадается до стабильной черной дыры; и, по теорема без волос, что (за исключением квантовых флуктуаций) стабильные черные дыры могут быть полностью описаны в любой момент времени этими одиннадцатью числами:

Хотя с точки зрения падающего наблюдателя падение во вращающуюся черную дыру происходит за конечное собственное время и с очень высокой скоростью. быстрота (слева), с точки зрения координатного наблюдателя на бесконечности они помедленнее, приближаясь к нулевой скорости на горизонте относительно неподвижного зонда на месте, в то время как черная дыра вечно кружит вокруг него. перетаскивание кадра эффект (справа).
Прокрутите ограниченную орбиту вокруг черной дыры, вращающейся с параметр вращения а / М = 0,9.

Эти числа представляют собой сохраненные атрибуты объекта, которые можно определить на расстоянии, исследуя его электромагнитное и гравитационное поля. Все остальные 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 нейтрализовать. По этой причине термин «астрофизическая» черная дыра обычно используется для обозначения черной дыры Керра.[2]

Формирование

Вращающиеся черные дыры образуются в гравитационный коллапс массивного спиннинга звезда или от коллапса или столкновения набора компактных объектов, звезд или газа с полным ненулевым угловым моментом. Как всем известные звезды вращать и реалистичные столкновения имеют ненулевой угловой момент, ожидается, что все черные дыры в природе вращаются.[нужна цитата ] Поскольку наблюдаемые астрономические объекты не обладают заметным суммарным электрическим зарядом, только решение Керра имеет астрофизическое значение.

В конце 2006 года астрономы сообщили об оценках скорости вращения черных дыр в Астрофизический журнал. Черная дыра в Млечном Пути, GRS 1915 + 105, может вращаться 1150 раз в секунду,[3] приближается к теоретическому верхнему пределу.

Связь с гамма-всплесками

Образование вращающейся черной дыры коллапсар считается, что наблюдается выброс гамма-всплески.

Превращение в черную дыру Шварцшильда

Вращающаяся черная дыра может производить большое количество энергии за счет своей энергии вращения. Это происходит через Процесс Пенроуза в черной дыре эргосфера, область за пределами его горизонта событий. В этом случае вращающаяся черная дыра постепенно превращается в черную дыру Шварцшильда, минимальную конфигурацию, из которой не может быть извлечена дополнительная энергия, 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 изображена под разными углами.
Дальнейшая информация: Метрика Керра и Метрика Керра – Ньюмана

Вращающаяся черная дыра - это решение Уравнение поля Эйнштейна. Есть два известных точных решения: Метрика Керра и Метрика Керра – Ньюмана, которые, как полагают, представляют все решения вращающихся черных дыр во внешней области.

Состояние перехода

Вращающиеся черные дыры могут существовать в двух температурных состояниях: нагревание (потеря энергии) и охлаждение. В 1989 г. Пол Дэвис утверждал, что переход между двумя состояниями происходит, когда квадрат отношения массы к угловому моменту черной дыры в Планковские единицы, равно Золотое сечение.[4] Позже было установлено, что это утверждение неверно и противоречит более ранней работе Дэвиса.[5]

В популярной культуре

Черные дыры Керра широко представлены в 2009 г. визуальная новелла Кружек ворота (также Телевизор / манга ) за их возможности путешествовать во времени.[6] Тем не менее, они были сильно увеличены для рассказа историй. Черные дыры Керра также являются ключом к проекту «Лебединая песня». Джо Дэвис (художник).[7][8]

Смотрите также

использованная литература

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

дальнейшее чтение

  • К. В. Миснер, К. С. Торн, Дж. А. Уиллер, Дж. Уиллер и К. Торн, Гравитация (Серия физики), 2-е изд. У. Х. Фриман, сентябрь 1973 г.
  • Макви, Джон В., Путешествие во времени, Дом Скарборо, 1990
  • Мелия, Фульвио, Галактическая сверхмассивная черная дыра, Princeton U Press, 2007 г.