Obracająca się czarna dziura - Rotating black hole

Obrotowy czarny otwór jest czarny otwór , który posiada moment pędu . W szczególności obraca się wokół jednej ze swoich osi symetrii.

Wszystkie ciała niebieskie – planety , gwiazdy ( Słońce ), galaktyki , czarne dziury – wirują.

Granice czarnej dziury Kerra istotne dla astrofizyki. Zauważ, że nie ma fizycznych „powierzchni” jako takich. Granice to matematyczne powierzchnie lub zbiory punktów w czasoprzestrzeni, istotne dla analizy właściwości i interakcji czarnej dziury.

Rodzaje czarnych dziur

Istnieją cztery znane, dokładne rozwiązania dotyczące czarnych dziur równań pola Einsteina , które opisują grawitację w ogólnej teorii względności . Dwie z nich obracają się: czarne dziury Kerra i Kerra-Newmana. Powszechnie uważa się, że każda czarna dziura rozpada się szybko do stabilnej czarnej dziury; i przez twierdzenie o braku włosa , że (z wyjątkiem fluktuacji kwantowych) stabilne czarne dziury można w dowolnym momencie całkowicie opisać tymi 11 liczbami:

• masa-energia M ,
• liniowy moment pędu P (trzy składowe),
• moment pędu J (trzy składowe),
• pozycja X (trzy składowe),
• ładunek elektryczny Q .

O ile z perspektywy wpadającego obserwatora zanurzenie w obracającą się czarną dziurę następuje w skończonym właściwym czasie i z bardzo dużą szybkością (po lewej), to z perspektywy obserwatora współrzędnych w nieskończoności zwalniają , zbliżając się do prędkości zerowej na horyzoncie względem nieruchoma sonda na miejscu, będąca w nieskończoność wirowana przez efekt przeciągania kadru przez czarną dziurę (po prawej).

Prograde orbita związana wokół czarnej dziury obracającej się z parametrem spinu a/M=0,9.

Liczby te reprezentują zachowane atrybuty obiektu, które można określić na odległość, badając jego pola elektromagnetyczne i grawitacyjne. Wszystkie inne odmiany czarnej dziury albo uciekną w nieskończoność, albo zostaną pochłonięte przez czarną dziurę. Dzieje się tak, ponieważ wszystko, co dzieje się wewnątrz horyzontu czarnej dziury, nie może wpływać na wydarzenia poza nim.

Pod względem tych właściwości cztery typy czarnych dziur można zdefiniować w następujący sposób:

Należy zauważyć, że oczekuje się, że astrofizyczne czarne dziury mają niezerowy moment pędu, ze względu na ich powstawanie w wyniku kolapsu wirujących obiektów gwiezdnych, ale w rzeczywistości mają zerowy ładunek, ponieważ każdy ładunek netto szybko przyciągnie przeciwny ładunek i zneutralizuje. Z tego powodu termin „astrofizyczna” czarna dziura jest zwykle zarezerwowany dla czarnej dziury Kerra.

Tworzenie

Obracające się czarne dziury powstają w wyniku grawitacyjnego kolapsu masywnej wirującej gwiazdy lub kolapsu lub kolizji zbioru zwartych obiektów, gwiazd lub gazu o całkowitym niezerowym momencie pędu. Ponieważ wszystkie znane gwiazdy obracają się, a realistyczne zderzenia mają niezerowy moment pędu, oczekuje się, że wszystkie czarne dziury w przyrodzie są wirującymi czarnymi dziurami. Ponieważ obserwowane obiekty astronomiczne nie posiadają znaczącego ładunku elektrycznego netto, tylko rozwiązanie Kerra ma znaczenie astrofizyczne.

Pod koniec 2006 roku astronomowie opublikowali w The Astrophysical Journal szacunki prędkości wirowania czarnych dziur . Czarna dziura w Drodze Mlecznej, GRS 1915+105 , może obracać się 1150 razy na sekundę, zbliżając się do teoretycznej górnej granicy.

Związek z rozbłyskami gamma

Uważa się, że tworzenie się obracającej się czarnej dziury przez kolapsar jest obserwowane jako emisja błysków gamma .

Konwersja do czarnej dziury Schwarzschilda

Obracająca się czarna dziura może wytwarzać duże ilości energii kosztem jej energii rotacyjnej. Dzieje się to poprzez proces Penrose'a w ergosferze czarnej dziury , czyli obszarze tuż poza horyzontem zdarzeń. W takim przypadku obracająca się czarna dziura stopniowo redukuje się do czarnej dziury Schwarzschilda, minimalnej konfiguracji, z której nie można wydobyć dalszej energii, chociaż prędkość rotacji czarnej dziury Kerra nigdy nie osiągnie zera.

Metryka Kerra, metryka Kerra-Newmana

Obracająca się czarna dziura z perspektywy odległego obserwatora. Różne kadry pokazują czarną dziurę pod różnymi kątami.

Obracająca się czarna dziura jest rozwiązaniem równania pola Einsteina . Istnieją dwa znane dokładne rozwiązania, metryka Kerra i metryka Kerra-Newmana , które uważa się za reprezentatywne dla wszystkich rozwiązań rotujących czarnych dziur w obszarze zewnętrznym.

przejście państwowe

Obracające się czarne dziury mają dwa stany temperaturowe, w których mogą istnieć: ogrzewanie (utrata energii) i chłodzenie. W 1989 r. Paul Davies twierdził, że przejście między tymi dwoma stanami zachodzi, gdy kwadrat stosunku masy do pędu czarnej dziury, wyrażony w jednostkach Plancka , jest równy złotemu podziałowi . Twierdzenie to okazało się później błędne i sprzeczne z wcześniejszą pracą Daviesa.

W kulturze popularnej

Czarne dziury Kerra są szeroko omawiane w powieści wizualnej Steins;Gate z 2009 roku (również TV / manga ), ze względu na ich możliwości podróżowania w czasie. Są one jednak znacznie powiększone w celu opowiadania historii. Czarne dziury Kerra są również kluczem do projektu „Swan Song” Joe Davisa (artysty) .

Zobacz też

• Parametr wirowania czarnej dziury
• Czarne dziury Kerra jako tunele czasoprzestrzenne
• Osobliwość BKL – rozwiązanie reprezentujące wewnętrzną geometrię czarnych dziur powstałych w wyniku kolapsu grawitacyjnego.
• Proces Penrose'a
• Ergosfera
• Czarna dziura spin-klapki
• Bomba z czarną dziurą
• Gwiezdne czarne dziury

Bibliografia

Dalsza lektura

• Misner, CW; Thorne, KS; Wheeler, JA (1973). Grawitacja (wyd. 2). WH Freemana.
• Macvey, John W. (1990). Podróż w czasie . Dom Scarborough.
• Melia, Fulvio (2007). Galaktyczna supermasywna czarna dziura . Princeton U Press.