Loading article…
回転ブラックホールは、角運動量を持つブラックホールです。特に、対称軸の 1 つを中心に回転します。
惑星、恒星（太陽）、銀河、ブラックホールなど、すべての天体は回転している。 [1] [2] [3]
.gif/500px-Ergosphere_and_event_horizon_of_a_rotating_black_hole_(no_animation).gif)
ブラックホールの種類
一般相対性理論における重力を記述するアインシュタイン場の方程式には、4 つの正確なブラックホール解が知られています。そのうち 2 つは回転します。カー ブラックホールとカー ニューマン ブラックホールです。すべてのブラックホールは急速に安定したブラックホールに崩壊すると一般に信じられています。また、無毛定理により、(量子ゆらぎを除いて) 安定したブラックホールは、任意の瞬間に次の 11 個の数値で完全に記述できます。
これらの数字は、物体の保存された属性を表し、電磁場と重力場を調べることで遠くから判断できます。ブラックホール内のその他の変化は、無限に逃げるか、ブラックホールに飲み込まれます。これは、ブラックホールの地平線内で起こることは、その外側の出来事に影響を与えることができないためです。
これらの特性に基づいて、ブラックホールの 4 つのタイプを次のように定義できます。
天体ブラックホールは、回転する恒星の崩壊によって形成されるため、角運動量はゼロではないが、正味電荷はすぐに反対の電荷を引き寄せて中和するため、実質的に電荷はゼロであると予想されることに留意してください。このため、「天体」ブラックホールという用語は通常、カーブラックホールを指します。[5]
形成
回転するブラックホールは、巨大な自転する恒星の重力崩壊、または、角運動量がゼロでないコンパクトな物体、恒星、ガスの集合体の崩壊や衝突によって形成される。既知の恒星はすべて自転しており、実際の衝突では角運動量がゼロではないため、自然界のブラックホールはすべて回転するブラックホールであると予想される。[1] [2]観測される天体は目立った正味電荷を持たないため、カー解のみが天体物理学的な関連性を持つ。
2006年後半、天文学者は天体物理学ジャーナルでブラックホールの回転速度の推定値を報告しました。天の川銀河のブラックホールであるGRS 1915+105は、1秒間に1,150回回転している可能性があり、[6]理論上の上限に近づいています。
ガンマ線バーストとの関係
崩壊星による回転ブラックホールの形成は、ガンマ線バーストの放射として観測されると考えられています。
シュワルツシルトブラックホールへの変換
回転するブラックホールは、その回転エネルギーを犠牲にして大量のエネルギーを生み出すことができる。[7] [8]これは、ブラックホールの事象の地平線の外側の体積にあるブラックホールのエルゴ球面内でペンローズ過程を通じて起こる可能性がある。 [9]エネルギー抽出のケースによっては、回転するブラックホールが徐々にシュワルツシルトブラックホールに縮小することがある。これは、それ以上エネルギーを抽出できない最小の構成であるが、カーブラックホールの回転速度がゼロになることはない。[10]
カー計量、カー・ニューマン計量
回転するブラックホールは、アインシュタインの場の方程式の解です。外部領域におけるすべての回転ブラックホールの解を代表すると考えられている、カー計量とカー・ニューマン計量という2 つの正確な解が知られています。
ブラックホールの近くでは、空間が大きく曲がっているため光線が偏向し、非常に近い光でも大きく偏向してブラックホールの周りを何度も回ることがあります。そのため、遠くの背景の銀河（または他の天体）を観察すると、どんどん歪んではいるものの、同じ銀河の像を何度も見ることができれば幸運です。[11] カーブラックホールの赤道面の周りで光がどのように曲がるかについての完全な数学的記述は、2021年に発表されました。[12]
2022年には、ロイ・カーが1963年に発見した平衡が安定しており、したがって1915年のアインシュタインの方程式の解であったブラックホールが安定していることが数学的に実証されました。[13]
状態遷移
回転するブラックホールには、加熱（エネルギーの損失）と冷却という2つの温度状態があります。[14]
大衆文化では
カーブラックホールは、2009年のビジュアルノベル『 シュタインズ・ゲート』（テレビ/マンガでもある）で、タイムトラベルの可能性から広く取り上げられている。[15]しかし、これらは物語を語るために大きく誇張されている。カーブラックホールは、ジョー・デイヴィスの「スワンソング」プロジェクトでも鍵となっている。[16] [17] 2014年の映画『インターステラー』でも重要な要素となっている。
参照
- ブラックホール爆弾
- ブラックホールスピンパラメータ
- ブラックホールスピンフリップ
- BKL 特異点- 重力崩壊によって形成されたブラックホールの内部形状を表す解。
- エルゴスフィア
- カーのブラックホールはワームホールである
- ペンローズ過程
- リング特異点
- 恒星ブラックホール
参考文献
- ^ ab 「惑星はなぜ、どのように自転するのか？」Scientific American 2003年4月14日。
- ^ ab シーゲル、イーサン（2019年8月1日）。「ブラックホールがほぼ光速で回転しなければならない理由」フォーブス。
- ^ Walty, Robert (2019年7月22日). 「ほとんどのブラックホールはおそらく回転していると言われています。一体何が回転しているのでしょうか?」Astronomy.com。
- ^ Visser, Matt (2008年1月15日). 「カー時空: 簡単な紹介」. arXiv : 0706.0622 [gr-qc].
- ^ Capelo, Pedro R. (2019). 「天体物理学的ブラックホール」最初のブラックホールの形成pp. 1–22. arXiv : 1807.06014 . doi :10.1142/9789813227958_0001. ISBN 978-981-322-794-1.S2CID 119383808 。
- ^ Hayes, Jacqui (2006年11月24日). 「ブラックホールは限界で回転する」. Cosmos誌. 2012年5月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Cromb, Marion; Gibson, Graham M.; Toninelli, Ermes; Padgett, Miles J.; Wright, Ewan M.; Faccio, Daniele (2020). 「回転体からの波の増幅」. Nature Physics . 16 (10): 1069–1073. arXiv : 2005.03760 . Bibcode :2020NatPh..16.1069C. doi :10.1038/s41567-020-0944-3. S2CID 218571203.
- ^ スター、ミシェル（2020年6月25日）。「50年後、実験はついにブラックホールからエネルギーを抽出できることを示した」。サイエンスアラート。
- ^ Williams, RK (1995). 「ペンローズ機構を用いた超大質量カーブラックホールからのX線、Ύ線、相対論的e − e +対の抽出」Physical Review D . 51 (10): 5387–5427. Bibcode :1995PhRvD..51.5387W. doi :10.1103/PhysRevD.51.5387. PMID 10018300.
- ^ 小出真司、荒井健三（2008年8月）。「エルゴスフィアにおける磁気再結合による回転ブラックホールからのエネルギー抽出」。天体物理 学ジャーナル。682 （2）：1124。arXiv ： 0805.0044。Bibcode ： 2008ApJ ... 682.1124K。doi ：10.1086/589497。ISSN 0004-637X。S2CID 16509742。
- ^ Communication、NBI（2021年8月9日）。「デンマークの学生がブラックホールの近くで宇宙がどのように反射されるかを解明」nbi.ku.dk。2022年7月23日閲覧。
- ^ Sneppen, Albert (2021年7月9日). 「ブラックホールの光子球の周りの発散反射」. Scientific Reports . 11 (1): 14247. Bibcode :2021NatSR..1114247S. doi :10.1038/s41598-021-93595-w. ISSN 2045-2322. PMC 8270963. PMID 34244573 .
- ^ Giorgi, Elena; Klainerman, Sergiu; Szeftel, Jeremie (2022年10月19日). 研究者が数学でアインシュタインの理論を補強（モノグラフ）.コロンビア大学. arXiv : 2205.14808 .
- ^ Davies, Paul CW (1989). 「ド・シッター空間におけるカー・ニューマンブラックホールの熱力学的相転移」.古典重力と量子重力. 6 (12): 1909–1914. Bibcode :1989CQGra...6.1909D. doi :10.1088/0264-9381/6/12/018. S2CID 250876065.
- ^ “想定科学『Steins;Gate(シュタインズゲート)』公式Webサイト”. steinsgate.jp（日本語）2020 年4 月 29 日に取得。
- ^ ヘイ、マーク（2020年7月23日）。「1935年まで遡って歴史上最悪の悲劇について警告を送ろうとしている男に会おう」Mic.com。
- ^ “Летняя зкола космического искусства. ジョー・デイヴィスと宇宙芸術のサマースクール”.ユーチューブ。 2020年8月10日。2021年12月22日のオリジナルからアーカイブ。
さらに読む
- ミスナー、チャールズ W. ;ソーン、キップ S. ;ウィーラー、ジョン アーチボルド(1973)。『重力』（第 27 版）。ニューヨーク、NY: フリーマン。ISBN 978-0-7167-0344-0。
- マクベイ、ジョン W. (1990)。タイムトラベル。スカーバラハウス。ISBN 978-0-8128-3107-8。
- メリア、フルビオ(2007)。銀河の超大質量ブラックホール。プリンストン：プリンストン大学。ISBN 978-0-691-13129-0。
- Brahma, Suddhasattwa; Chen, Che-Yu; Yeom, Dong-han (2021). 「非特異回転ブラックホールの観測結果からループ量子重力をテストする」. Physical Review Letters . 126 (18): 181301. arXiv : 2012.08785 . Bibcode :2021PhRvL.126r1301B. doi :10.1103/PhysRevLett.126.181301. ISSN 0031-9007. PMID 34018784. S2CID 229188123.