Вращение - черная дыра
Cтраница 2
Оказывается, что наиболее простое выражение для метрики получается, если использовать мировые линии фотонов, которые на бесконечности движутся с постоянным 9 и имеют проекцию момента импульса на ось вращения черной дыры Lz aEsin2d ( см. следующий параграф), где Е - энергия частицы на бесконечности. [16]
Заметим, что если fiF 0 ( силовые линии магнитного поля, скажем, вморожены в плазму вдали от черной дыры, и эта плазма не участвует во вращении вокруг нее), то dM 0, т.е. полная масса дыры сохраняется, a dJ О, т.е. вращение черной дыры замедляется. При этом вся энергия вращения переходит в массу самой черной дыры ( так называемую неприводимую массу; см. § 8.1) - ничего не отдается наружу. [17]
Согласно теореме Хокинга [25, 21], при вращении черной дыры во внешнем поле любой природы, не обладающем аксиальной симметрией, возникает явление, аналогичное приливному трению, в результате чего черная дыра теряет угловой момент. Здесь мы рассмотрим общий случай однородных электрического и магнитного полей, произвольно ориентированных в пространстве. Такое внешнее поле уже не обладает аксиальной симметрией ( за исключением коллинеарной конфигурации), поэтому можно ожидать, что черная дыра будет полностью терять свой момент вращения. [18]
Из закона сохранения энергии Е Е Е, т.е. Е, Е - - Е Е, и мы получаем выигрыш в энергии. Ясно, что этот выигрыш возникает за счет энергии вращения черной дыры, которая в результате слегка замедляется. [19]
Энергия, сообщаемая вылетающей в процессе Пенроуза частице, черпается из энергии вращения черной дыры. [21]
Хотя ньютоновское рассмотрение движения дыры адекватно для практически всех интересных приложений, этого нельзя сказать о прецессии черной дыры. Причина заключается в том, что астрофизические выбросы, вероятно, выходят вдоль оси вращения черных дыр, и при изучении формы этих выбросов на основе наблюдений можно получить весьма точные сведения об истории прецессии дыры на протяжении интервалов порядка 107 лет ( см. ниже разд. [22]
Бросим на вращающуюся черную дыру ( рис. 7) тело таким образом, чтобы оно влетело в эргосферу и, взорвавшись, распалось там на две части. Параметры взрыва можно выбрать так, чтобы одна из частей приобретала угловой момент, направленный против вращения черной дыры, и полная энергия ее будет отрицательной, а вторая часть вылетает из эргосферы наружу. [24]
Дело в том, что при таком подходе возникают трудности, связанные с постановкой однозначных граничных условий ( например, для электромагнитных полей) на горизонте событий. В качестве примера подобных задач можно отметить процесс Блэндфорда - Знаека [22], обеспечивающий извлечение энергии вращения черной дыры, открытие которого считается наиболее важным в данной области начиная с середины 70 - х годов. [25]
Если аккреция вещества на черную дыру сопровождается появлением некоторого регулярного магнитного поля, то вращающаяся черная дыра приобретает электрический заряд и возможны электродинамические явления, связанные с выбросом частиц. В рамках подобных моделей можно связать некоторые известные в астрофизике явления выброса вещества с освобождением энергии вращения черных дыр. [26]
Конечно, черные дыры в реальной Вселенной вряд ли окружены жесткими структурами. С другой стороны, вокруг реальных черных дыр могут вращаться по круговым орбитам звезды, планеты и другие тела, поэтому интересно выяснить, могут ли такие объекты служить катализаторами превращения энергии вращения черной дыры в гравитационное излучение. [27]
Q постоянна на поверхности черной дыры. В этом смысле вращение черной дыры напоминает вращение твердого тела. Так же как и при коллапсе невращающегося тела, возрастающее красное смещение при приближении поверхности тела к горизонту и падение по экспоненциальному закону мощности излучения, выходящего к отдаленному наблюдателю, приводят к тому, что через характерные времена порядка Rglc перестает выходить наружу информация и образуется черная дыра. Если коллапсирующее тело обладало электрическим зарядом, то возникающая черная дыра помнит об этом. Падение электрического заряда Q в черную дыру приводит к тому, что поток электрического поля через ее поверхность оказывается равным 4д2 в полном соответствии с теоремой Гаусса. Силовые линии электрического поля выходят из черной дыры, и вне ее имеется электрическое поле. Если черная дыра не вращается, то это поле описывается законом Кулона. Вращение заряженной черной дыры с массой М и угловым моментом J приводит к дополнительному появлению дипольного магнитного поля, причем магнитный момент ц, оказывается равным: i ( Q / M) J. Соответствующее точное решение уравнений Эйнштейна, обобщающее решение Керра на случай, когда черная дыра обладает электрическим зарядом, было получено в 1965 г. в работе группы американских теоретиков во главе с профессором Эзрой Ньюманом. [29]
Важной особенностью статической системы отсчета является, как сказано выше, прецессия в ней гироскопов. Наша система в каждой своей точке вращается относительно местной лоренцевой системы. Разумеется, это отражает тот факт, что вращение черной дыры меняет состояние движения локальных лоренцевых систем, увлекая их во вращение вокруг черной дыры. Качественно это явление давно известно. [30]
Страницы: 1 2 3