Обертальна чорна діра — це чорна діра, яка має кутовий момент та обертається навколо однієї зі своїх осей симетрії.

Як відомо, усі небесні тіла (планети, зорі (Сонце), галактики, чорні діри) – обертаються. У загальній теорії відносності обертальна чорна діра описується за допомогою метрики Керра, яка враховує не тільки масу чорної діри, але й її кутовий момент. Обертальні чорні діри відрізняються від необертальних тим, що вони мають збільшену область навколо чорної діри, в якій можливий рух частинок з енергією та кутовим моментом, який може бути визначений за допомогою процесу Пенроуза.

Види чорних дір Існує чотири відомих точних розв'язки рівнянь гравітаційного поля Ейнштейна, які описують гравітацію в загальній теорії відносності. Обертаються лише два типи: чорні діри Керра та Керра–Ньюмена. Загальноприйнято вважати, що кожна чорна діра швидко розпадається до стабільної чорної діри і за теоремою відсутністі волосся, а також, за винятком квантових флуктуацій, стабільні чорні діри можуть бути повністю описані в будь-який момент часу 11 параметрами:

маса-енергія M , лінійний імпульс P (три компоненти), кутовий момент J (три компоненти), позиція X (три компоненти), електричний заряд Q .

Ці параметри представляють збережені властивості об'єкта, які можна визначити з відстані, розглядаючи його електромагнітні та гравітаційні поля. Всі інші відмінності в чорній дірі або вибігають до нескінченності, або поглинаються чорною дірою. Це обгрунтовується інформаційним парадоксом чорної діри, котрий зазначає що будь-що, що відбувається всередині горизонту подій чорної діри, не може вплинути на події за її межами.

З точки зору властивостей чорних дір можна визначити тип за наступною таблицею:

Не обертається( Дж = 0) Обертається( Дж > 0) Не заряджена ( Q = 0) метрика Шварцшильд метрика Керра Заряджена ( Q ≠ 0) метрика Райснер–Нордстрема метрика Керра–Ньюмена Очікується, що астрофізичні чорні діри матимуть ненульовий кутовий момент, через їх формування в результаті колапсу обертальних зоряних об'єктів, але фактично електричний заряд дорівнює нулю, оскільки будь-який чистий заряд швидко притягує протилежний заряд і нейтралізується. Через це термін "астрофізична" чорна діра зазвичай зарезервований для чорної діри Керра.

Формування Обертальні чорні діри утворюються в результаті гравітаційного колапсу масивної обертальної зорі, або в результаті колапсу чи зіткнення набору компактних об’єктів, зірок або газу, з сумарним ненульовим кутовим моментом. Оскільки всі відомі зорі обертаються, а реалістичні зіткнення мають відмінний від нуля кутовий момент, очікується, що всі чорні діри в природі є обертальними Оскільки спостережувані астрономічні об’єкти не мають значного сумарного електричного заряду, лише метрика Керра має астрофізичне значення.

Наприкінці 2006 року астрономи повідомили про оцінки швидкості обертання чорних дір у The Astrophysical Journal . Чорна діра в Чумацькому Шляху, GRS 1915+105, може обертатися 1150 разів на секунду , наближаючись до теоретичної верхньої межі.

Зв'язок з гамма-спалахами Вважається, що під час випромінювання гамма-спалахів можна спостерігати утворення обертальної чорної діри колапсаром.

Перетворення на чорну діру Шварцшильда Обертальна чорна діра може виробляти велику кількість енергії за рахунок енергії обертання. Це відбувається через процес Пенроуза в ергосфері чорної діри, області, розташованій безпосередньо за її горизонтом подій. У такому разі обертальна чорна діра поступово зменшується до чорної діри Шварцшильда - мінімальної конфігурації, з якої не можна далі видобути енергію, хоча швидкість обертання чорної діри Керра ніколи не досягне нуля.

Метрика Керра, метрика Керра–Ньюмена

Чорна діра, що обертається, є розв’язком рівняння поля Ейнштейна . Є два відомі точні розв’язки, метрика Керра та метрика Керра–Ньюмена, які, як вважають, є репрезентативними для всіх розв’язків обертальної чорної діри у зовнішній області.

Поблизу чорної діри простір викривляється настільки, що світлові промені відхиляються, а світло, розташоване дуже близько, може відхилятися настільки, що кілька разів обертається навколо чорної діри. Отже, спостерігається віддалена фонова галактика (або якесь інше небесне тіло), може пощастити побачити одне й те саме зображення галактики кілька разів, хоча більш спотворене. Повний математичний опис того, як світло огинається навколо екваторіальної площини чорної діри Керра, був опублікований у 2021 році

У 2022 році було математично продемонстровано, що рівновага, знайдена Керром у 1963 році, була стабільною, а отже, чорні діри, які були рішенням рівняння Ейнштейна 1915 року, були стабільними.

Перехід стану Обертальні чорні діри мають два температурні стани, в яких вони можуть перебувати: нагрівання (втрата енергії) і охолодження. У 1989 році Пол Девіс стверджував, що перехід між двома станами відбувається, коли квадрат відношення маси чорної діри до кутового моменту в одиницях Планка дорівнює золотому перерізу. Це твердження пізніше було визнано невірним і суперечить попереднім роботам Пола Девіса.

У масовій культурі Чорні діри Керра широко описані у візуальному романі 2009 року Steins;Gate (також ТБ / манга ) через їхні можливості подорожувати в часі . Однак вони значно збільшені з метою оповідання. Чорні діри Керра також є ключовими для проекту «Лебедина пісня» Джо Девіса (художник) .

Дивіться також

Чорна діра бомба Параметр обертання чорної діри Чорна діра спін-фліп Сингулярність BKL – рішення, що представляє внутрішню геометрію чорних дір, утворених гравітаційним колапсом. Ергосфера Чорні діри Керра як червоточини Процес Пенроуза Сингулярність кільця Зоряні чорні діри

Список літератури

Подальше читання