Может ли центробежная сила преодолеть другие силы (в сингулярности/метрике Керра)?

Я прочитал эти вопросы и ответы. Никто из них не ответил на мой вопрос.

Типичные скорости вращения черных дыр

Существует ли физический верхний предел скорости вращения физического объекта?

В частности, когда ответы говорят:

Следовательно, скорость, с которой объект может вращаться, будет ограничена электромагнитными силами, удерживающими объект вместе от механических центробежных сил, и будет зависеть от атомной структуры объекта.

Не надо скорости света, уже если покрутить кусок теста внешние уровни улетят :). Например, нужно рассчитать силы для стального шара определенного размера и получить предел для этого шара. Он ответит, с какой скоростью он должен вращаться, чтобы поверхностные атомы откололись под действием центробежных сил.

Теперь в случае с черной дырой не только электромагнитные силы и сильное взаимодействие удерживают материал вместе, но и гравитация становится силой, с которой приходится считаться. В случае черной дыры гравитация становится настолько сильной, что даже безмассовые (частицы без массы покоя) частицы не могут покинуть ее.

А потом этот:

Как может вращаться сингулярность в черной дыре, если это всего лишь точка?

Они вращаются, потому что производятся материей, имеющей суммарный угловой момент, а угловой момент сохраняется в аксиально-симметричном пространстве-времени. Таким образом, нет ничего необычного, заставляющего их вращаться, что отличается от любой другой физики.

Однако вы абсолютно правы, возразив, что вращение бесконечно малой точки не имеет особого смысла. В квантовой механике мы говорим о бесконечно малых частицах, имеющих собственный угловой момент («спин»), но это уникальный квантовый эффект, а общая теория относительности — это классическая теория. Итак, ваш вопрос хороший. К счастью, на него есть простой ответ: особенностью вращающейся черной дыры в ОТО является не точка, а кольцо вокруг оси вращения черной дыры. Вращающееся кольцо — даже бесконечно маленькое — имеет смысл, потому что оно топологически отлично от точки нулевого измерения.

Идеальная черная дыра с ненулевым угловым моментом описывается метрикой Керра. Сингулярность такой черной дыры не является точкой.

Итак, я говорю о черной дыре, которая представляет собой нечто большее, чем просто сингулярность, и даже сингулярность не является точкой.

Таким образом, предположение (возможно, ошибочное) должно заключаться в том, что гравитация настолько сильна, что может даже выдержать испытание центробежной силой со скоростью вращения, близкой к скорости света.

Очевидно, что ни один материальный объект не может вращаться со скоростью света, даже черная дыра, но измерения говорят, что они могут приближаться к ней, иногда 0,86с.

Вопрос:

  1. Существует ли определенный предел скорости, при котором черная дыра будет вращаться так быстро, что центробежные силы преодолеют ЭМ/сильные и даже гравитационные силы, удерживающие материал в черной дыре вместе, и дыра начнет разваливаться (может быть, неправильный термин) или остановится? быть сингулярностью? Значит, дыра начнет превращаться из черной дыры, и сингулярность взорвется/расширится (как большой взрыв)?

  2. Есть ли какая-либо экспериментальная/наблюдательная документация, где я мог бы прочитать о том, что они рассчитали/измерили скорость вращения черной дыры (и как они ее измерили) и насколько быстрее ей нужно было вращаться, чтобы начать разваливаться (если это возможно? вообще) или перестать быть черной дырой?

Теоретические ограничения не устанавливаются «материалом» сингулярности/черной дыры, поскольку это неопределенный термин… нет смысла говорить о том, из чего он сделан, или о силах, удерживающих его вместе. Этот ответ здесь дает хорошее краткое изложение того, что означает вращение для BH astronomy.stackexchange.com/q/20276 и откуда может исходить ограничение на их вращение.
Можете ли вы поставить это как ответ?

Ответы (1)

Черная дыра описывается своей массой М , угловой момент на единицу массы а , электрический заряд Вопрос и магнитный заряд п . Однако основные свойства сохраняются и при отсутствии зарядов, поэтому вращающаяся черная дыра ( М , а ) как описано метрикой Керра, является представителем космологических черных дыр.

Внешний горизонт событий в Керре задается выражением

р +   "="   М + М 2 а 2 ,
где:

  • натуральные единицы используются так, что с "=" г "=" 1 ;

  • ( т , р , θ , ф ) "=" Координаты Бойера-Линдквиста;

  • а "=" Дж М ;

  • Дж "=" угловой момент .

Стационарный наблюдатель ( р , θ "=" постоянный ) в идеале на горизонте событий вращается вместе с черной дырой с угловой скоростью Ом "=" а / ( р + 2 + а 2 ) .

Горизонт событий существует, если а М . Если а > М решение Керра описывает голую сингулярность, однако считается, что она не является физической. Причина в том, что при гравитационном коллапсе быстро вращающегося объекта центробежные силы могут предотвратить образование черной дыры.

На пределе а "=" М угловая скорость черной дыры

Ом Макс "=" 1 2 М .
Обратите внимание, что Ом монотонно возрастает на интервале 0 < а < М .