회전 블랙홀

Rotating black hole

회전하는[1] 블랙홀은 각운동량을 가진 블랙홀이다.특히 대칭축 중 하나를 중심으로 회전합니다.

행성, 별(태양), 은하, 블랙홀 등 모든 천체들이 [2][3][4]회전합니다.

천체물리학과 관련된 커 블랙홀의 경계.이러한 물리적인 「표면」은 없습니다.경계는 블랙홀의 특성과 상호작용 [5]: 35 분석과 관련된 수학적 표면 또는 시공간에서의 점 집합입니다.

블랙홀의 종류

일반 상대성 이론에서 중력을 설명하는 아인슈타인 장 방정식에는 4개의 알려진 정확한 블랙홀 해법이 있습니다.그 중 두 개가 회전합니다: 커와 커-뉴먼 블랙홀입니다.일반적으로 모든 블랙홀은 빠르게 붕괴하여 안정된 블랙홀로 변한다고 믿으며, (양자 변동을 제외하고) 안정적인 블랙홀은 언제든지 이 11개의 수치로 완전히 묘사될 수 있습니다.

  • 질량 에너지 M,
  • 선형 운동량 P(3개 성분),
  • 각운동량 J(3개의 컴포넌트),
  • 위치 X(3개의 컴포넌트),
  • 전하 Q
다가오는 관찰자의 관점에서 보면 회전하는 블랙홀로의 추락은 유한한 적정 시간과 매우 높은 속도(왼쪽)로 일어나는 반면, 무한대에서 좌표 관찰자의 관점에서 그들은 느려지며, bl에 의해 영원히 빙글빙글 도는 동안 현장의 정지 탐침에 상대적인 지평선에서 0 속도에 접근합니다.ack hole의 프레임 분할 효과(오른쪽).
a/M=0.9의 스핀 매개변수로 회전하는 블랙홀 주위를 프로그램 결합 궤도.

이 숫자들은 먼 곳에서 전자기장과 중력장을 조사함으로써 결정될 수 있는 물체의 보존된 속성을 나타냅니다.블랙홀의 다른 모든 변화들은 무한대로 빠져나가거나 블랙홀에 의해 흡수될 것입니다.이것은 블랙홀 지평선 내부에서 일어나는 어떤 일도 블랙홀 지평선 밖의 사건에 영향을 줄 수 없기 때문입니다.

이러한 성질에 따라 네 가지 유형의 블랙홀을 다음과 같이 정의할 수 있습니다.

비회전(J = 0) 회전 (J > 0)
충전되지 않음(Q = 0) 슈바르츠실트 커
과금(Q 0 0) 리스너-노르드스트롬 커-뉴먼

천체물리 블랙홀은 회전하는 항성 물체의 붕괴를 통해 형성되기 때문에 0이 아닌 각운동량을 가질 것으로 예상되지만, 어떤 순 전하도 반대 전하를 빠르게 끌어당겨 중화되기 때문에 사실상 0이 될 것으로 보입니다.이러한 이유로 "천체물리학적" 블랙홀이라는 용어는 보통 [6]커 블랙홀을 위해 남겨져 있다.

형성

회전하는 블랙홀은 거대한 회전하는 별의 중력붕괴나 작은 물체, 별 또는 가스의 집합의 붕괴나 충돌로 인해 총 각운동량이 0이 아닌 상태로 형성됩니다.알려진 모든 별들이 회전하고 현실적 충돌은 0이 아닌 각운동량을 가지기 때문에 자연에 있는 모든 블랙홀은 회전하는 [2][3]블랙홀이 될 것으로 예상된다.관측된 천체들은 현저한 순 전하를 가지고 있지 않기 때문에, 오직 커 솔루션만이 천체물리학적 관련성을 가지고 있다.

2006년 말, 천문학자들은 천체물리학 저널에 블랙홀의 회전 속도에 대한 추정치를 보고했다.은하수의 블랙홀 GRS 1915+105는 초당 [7]1,150회 회전하여 이론적인 상한에 근접할 수 있습니다.

감마선 버스트와의 관계

붕괴자에 의한 회전 블랙홀의 형성은 감마선의 폭발로 관측되는 것으로 생각된다.

슈바르츠실트 블랙홀로의 변환

회전하는 블랙홀은 회전 [8][9]에너지를 희생하면서 많은 양의 에너지를 생산할 수 있습니다.이것은 이벤트 지평선 바로 바깥에 있는 블랙홀의 에르고스피어에서 펜로즈 과정을 통해 일어납니다.이 경우 회전하는 블랙홀은 점차 감소하여 슈바르츠실트 블랙홀이 됩니다. 이 최소 구성에서는 더 이상의 에너지를 추출할 수 없습니다. 그러나 커 블랙홀의 회전 속도는 결코 0에 도달하지 않습니다.

커 미터법, 커-뉴먼 미터법

멀리 있는 관찰자의 관점에서 회전하는 블랙홀.다른 프레임들은 다른 각도에서 블랙홀을 보여준다.
추가 정보: Ker 미터법과 Ker-Newman 미터법

회전하는 블랙홀은 아인슈타인의 전장 방정식의 해이다.외부 영역에는 커 메트릭과 커-뉴먼 메트릭이라는 알려진 두 가지 정확한 솔루션이 있으며, 이는 모든 회전 블랙홀 솔루션을 대표하는 것으로 여겨진다.

블랙홀 근처에서는 공간이 너무 휘어서 빛이 편향되고, 매우 가까운 빛은 너무 많이 휘어져서 블랙홀 주위를 여러 번 이동할 수 있습니다.따라서, 우리가 멀리 있는 배경 은하(또는 다른 천체)를 관찰할 때, 비록 점점 [10]더 왜곡되긴 하지만, 같은 은하 이미지를 여러 번 볼 수 있다는 것은 행운일 수 있습니다.커 블랙홀의 적도면 주위에서 빛이 어떻게 휘어지는지에 대한 완전한 수학적 [11]설명은 2021년에 발표되었다.

상태 전이

회전하는 블랙홀에는 가열(에너지 손실)과 냉각이라는 두 가지 온도 상태가 있습니다.1989년 폴 데이비스는 블랙홀의 질량 대 각운동량 비율(플랑크 단위)의 제곱이 황금 [12]비율과 같을 때 두 상태 사이의 전환이 일어난다고 주장했다.이 주장은 나중에 정확하지 않고 데이비스의 초기 연구와 [13]모순되는 것으로 밝혀졌다.

대중문화에서

커 블랙홀은 2009년 시각 소설 스틴스에 광범위하게 등장한다.게이트(TV/만화도 가능), 시간 [14]여행의 가능성을 나타냅니다.그러나 이것들은 스토리텔링의 목적으로 크게 확대되었다.커 블랙홀은 조 데이비스(예술가)[15][16]의 '백조의 노래' 프로젝트의 핵심이기도 하다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Brahma, Suddhasattwa; Chen, Che-Yu; Yeom, Dong-han (2021). "Testing Loop Quantum Gravity from Observational Consequences of Nonsingular Rotating Black Holes". Physical Review Letters. 126 (18): 181301. arXiv:2012.08785. Bibcode:2021PhRvL.126r1301B. doi:10.1103/PhysRevLett.126.181301. PMID 34018784. S2CID 229188123.
  2. ^ a b "Why and how do planets rotate?". Scientific American. 14 April 2003.
  3. ^ a b Ethan Siegel (1 August 2019). "This Is Why Black Holes Must Spin At Almost The Speed Of Light". Forbes.
  4. ^ Robert Walty (22 July 2019). "It is said that most black holes likely have spin. What exactly is it that spins?". astronomy.com.
  5. ^ Visser, Matt (15 January 2008). "The Kerr spacetime: A brief introduction". arXiv:0706.0622 [gr-qc].
  6. ^ Capelo, Pedro R. (2019). "Astrophysical black holes". Formation of the First Black Holes. pp. 1–22. arXiv:1807.06014. doi:10.1142/9789813227958_0001. ISBN 978-981-322-794-1. S2CID 119383808.
  7. ^ Hayes, Jacqui (24 November 2006). "Black hole spins at the limit". Cosmos magazine. Archived from the original on 7 May 2012.
  8. ^ Cromb, Marion; Gibson, Graham M.; Toninelli, Ermes; Padgett, Miles J.; Wright, Ewan M.; Faccio, Daniele (2020). "Amplification of waves from a rotating body". Nature Physics. 16 (10): 1069–1073. arXiv:2005.03760. doi:10.1038/s41567-020-0944-3. S2CID 218571203.
  9. ^ Michelle Starr (25 June 2020). "After 50 Years, Experiment Finally Shows Energy Could Be Extracted From a Black Hole".
  10. ^ Communication, N. B. I. (9 August 2021). "Danish Student solves how the Universe is reflected near black holes". nbi.ku.dk. Retrieved 23 July 2022.
  11. ^ Sneppen, Albert (9 July 2021). "Divergent reflections around the photon sphere of a black hole". Scientific Reports. 11 (1): 14247. doi:10.1038/s41598-021-93595-w. ISSN 2045-2322.
  12. ^ Davies, Paul C. W. (1989). "Thermodynamic phase transitions of Kerr-Newman black holes in de Sitter space". Classical and Quantum Gravity. 6 (12): 1909–1914. Bibcode:1989CQGra...6.1909D. doi:10.1088/0264-9381/6/12/018.
  13. ^ Baez, John C. (28 February 2013). "Black Holes and the Golden Ratio". Azimuth. Retrieved 26 July 2019.
  14. ^ "想定科学『Steins;Gate(シュタインズゲート)』公式Webサイト". steinsgate.jp (in Japanese). Retrieved 29 April 2020.
  15. ^ Mark Hay (23 July 2020). "Meet the man trying to send a warning about history's worst tragedies back to 1935". Mic.
  16. ^ "Летняя школа космического искусства. Summer School of Space Art with Joe Davis". YouTube. 10 August 2020. Archived from the original on 22 December 2021.

추가 정보

  • Misner, C. W.; Thorne, K. S.; Wheeler, J. A. (1973). Gravitation (2nd ed.). W. H. Freeman.
  • Macvey, John W. (1990). Time Travel. Scarborough House.
  • Melia, Fulvio (2007). The Galactic Supermassive Black Hole. Princeton U Press.