Вращение - черная дыра
Cтраница 3
Излучаемая энергия может черпаться только из одного источника: - за счет замедления вращения жесткой структуры. Сравнив эти два предела, видим, что должна быть некоторая равновесная скорость вращения йтвн, которой достигнет жесткая структура, если она будет существовать достаточно долго. В этом равновесном состоянии жесткая структура будет действовать как катализатор преобразования энергии вращения черной дыры в гравитационное излучение, а скорость излучения будет точно уравновешена скоростью извлечения энергии. [31]
Способ, предложенный Пен-роузом, можно несколько изменить, рассмотрев вместо падающего на вращающуюся черную дыру тела, электромагнитную или гравитационную волну. Обычно при рассеянии волны на черной дыре амплитуда рассеянной волны меньше амплитуды падающей волны, поскольку часть энергии поглощается черной дырой. Однако при падении цилиндрической волны, для которой отношение энергии к ее угловому моменту относительно оси вращения черной дыры меньше угловой скорости черной дыры, происходит усиление. [32]
Следовательно, на радиальных расстояниях от - 2 М до - 20 М, где выделяется основная доля гравитационной энергии диска и где взаимодействия между дырой и диском сильны, есть только одно геометрически выделенное направление, вдоль которого могут происходить выбросы: это направление, перпендикулярное плоскости диска, совпадающее с осью вращения дыры. Однако во всех случаях независимо от механизма, преимущественное направление выброса совпадает с осью вращения дыры. Если такая картина верна, то дыра действует как гироскоп, поддерживающий выброс направленным, и обстоятельство, что ось вращения черной дыры повернуть очень трудно ( см. гл. V ниже), объясняет постоянство наблюдаемых направлений струйных выбросов в масштабах, превышающих миллионы световых лет ( рис. 32) и, следовательно, за характерные времена в миллионы лет или больше. [34]
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. [35]
IV дается обзор по магнитосферам черных дыр. Здесь рассматриваются следующие явления: увлечение аккреционного диска в экваториальную плоскость дыры в результате совместного действия ГМ-поля дыры и вязкости диска ( эффект Бардина - Петерсона); привнесение магнитного поля на черную дыру аккреционным диском; выглаживание привносимых полей горизонтом; трансформация выглаженных полей в плазменную бессиловую магнитосферу; и, наконец, высвобождение энергии вращения черной дыры в магнитосферу ( процесс Блэндфорда - Знаека), включая теорию цепей и анализ передачи энергии с точки зрения теории цепей и сохранения момента. [36]
Для большинства значений параметров данное отношение будет значительно больше единицы, и, следовательно, энергия, извлеченная из дыры, будет ничтожно мала по сравнению с энергией, излучаемой в виде гравитационных волн. Однако в пределе быстро вращающейся дыры ( ЛШя - 1) и массы, находящейся очень близко к дыре ( rm / M - 1), наша оценка (7.60) порядка величины позволяет считать, что извлечение энергии может уравновесить потери на излучение. Двигаясь по круговой орбите, она служила бы катализатором превращения энергии вращения черной дыры в гравитационные волны. Только тщательное точное вычисление способно подтвердить, будет ли это происходить на самом деле. [37]
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. [38]
Страницы: 1 2 3