Kann die Zentrifugalkraft andere Kräfte überwinden (in einer Singularitäts-/Kerr-Metrik)?

Ich habe diese Fragen und Antworten gelesen. Keiner von ihnen beantwortete meine Frage.

Typische Rotationsgeschwindigkeiten für Schwarze Löcher

Gibt es eine physikalische Obergrenze dafür, wie schnell sich ein physisches Objekt drehen kann?

Insbesondere wenn die Antworten sagen:

Daher wird die Geschwindigkeit, mit der sich ein Objekt drehen kann, durch die elektromagnetischen Kräfte begrenzt, die das Objekt gegen die mechanischen Zentrifugalkräfte zusammenhalten, und hängt von der atomaren Struktur des Objekts ab.

Lichtgeschwindigkeit ist nicht nötig, schon beim Drehen eines Teigstücks fliegen die äußeren Ebenen weg :). Man müsste zum Beispiel die Kräfte für eine Stahlkugel einer bestimmten Größe berechnen und einen Grenzwert für diese Kugel erhalten. Es wird beantwortet, wie schnell es rotieren muss, damit die Oberflächenatome aufgrund von Zentrifugalkräften abgespalten werden.

Im Falle eines Schwarzen Lochs sind es nicht nur EM-Kräfte und starke Kräfte, die Material zusammenhalten, sondern die Schwerkraft wird zu einer Kraft, mit der man rechnen muss. Die Gravitation wird im Fall eines Schwarzen Lochs so stark, dass nicht einmal masselose (Teilchen ohne Ruhemasse) Teilchen entkommen können.

Und dann diese:

Wie kann sich eine Singularität in einem Schwarzen Loch drehen, wenn es nur ein Punkt ist?

Sie rotieren, weil sie von Materie erzeugt werden, die einen Nettodrehimpuls hat, und der Drehimpuls in axialsymmetrischer Raumzeit erhalten bleibt. Es gibt also nichts Ungewöhnliches, das sie rotieren lässt, was sich von jeder anderen Physik unterscheidet.

Sie haben jedoch völlig Recht, wenn Sie einwenden, dass die Drehung eines unendlich kleinen Punktes nicht viel Sinn machen würde. In der Quantenmechanik sprechen wir von infinitesimal kleinen Teilchen mit einem intrinsischen Drehimpuls ("Spin"), aber dies ist ein einzigartiger Quanteneffekt, und die Allgemeine Relativitätstheorie ist eine klassische Theorie. Deine Frage ist also gut. Glücklicherweise hat es eine einfache Antwort: Die Singularität eines rotierenden Schwarzen Lochs in GR ist kein Punkt, sondern ein Ring um die Rotationsachse des Schwarzen Lochs. Ein rotierender Ring – selbst ein verschwindend kleiner – ist sinnvoll, weil er sich topologisch von einem nulldimensionalen Punkt unterscheidet.

Ein ideales Schwarzes Loch mit einem Drehimpuls ungleich Null wird durch die Kerr-Metrik beschrieben. Die Singularität eines solchen Schwarzen Lochs ist kein Punkt.

Ich spreche also über das Schwarze Loch, das mehr als nur eine Singularität ist, und selbst die Singularität ist kein Punkt.

Die Annahme (möglicherweise falsch) sollte also sein, dass die Schwerkraft so stark ist, dass sie sogar den Test der Zentrifugalkraft nahe der Lichtrotationsgeschwindigkeit bestehen könnte.

Offensichtlich kann sich kein materielles Objekt mit Lichtgeschwindigkeit drehen, nicht einmal ein Schwarzes Loch, aber Messungen sagen, dass sie nahe daran herankommen können, manchmal 0,86 c.

Frage:

  1. Gibt es eine bestimmte Geschwindigkeitsbegrenzung, bei der sich das Schwarze Loch so schnell drehen würde, dass Zentrifugalkräfte EM / starke und sogar Gravitationskräfte überwinden würden, die Material im Schwarzen Loch zusammenhalten, und das Loch würde auseinanderfallen (möglicherweise der falsche Begriff) oder stoppen? eine Singularität sein? Das Loch würde also beginnen, sich von einem Schwarzen Loch umzukehren, und die Singularität würde explodieren/expandieren (wie ein Urknall)?

  2. Gibt es eine experimentelle / beobachtende Dokumentation, in der ich lesen könnte, dass sie die Rotationsgeschwindigkeit eines Schwarzen Lochs berechnet / gemessen haben (und wie sie es gemessen haben) und wie viel schneller es rotieren musste, um auseinander zu fallen (wenn es möglich ist). überhaupt) oder aufhören, ein schwarzes Loch zu sein?

Theoretische Grenzen werden nicht durch das "Material" einer Singularität / eines Schwarzen Lochs gesetzt, da dies ein undefinierter Begriff ist ... es macht keinen Sinn, darüber zu sprechen, woraus es besteht oder welche Kräfte es zusammenhalten. Diese Antwort hier gibt einen schönen Überblick darüber, was Spin für BHs bedeutet astronomy.stackexchange.com/q/20276 und woher eine Begrenzung ihres Spins kommen könnte
Kannst du das als Antwort geben?

Antworten (1)

Ein Schwarzes Loch wird durch seine Masse beschrieben M , Drehimpuls pro Masseneinheit A , elektrische Ladung Q und magnetische Ladung P . Die wesentlichen Merkmale bleiben jedoch in Abwesenheit von Ladungen bestehen, also ein rotierendes Schwarzes Loch ( M , A ) wie durch die Kerr-Metrik beschrieben, ist repräsentativ für kosmologische Schwarze Löcher.

Der äußere Ereignishorizont in Kerr ist gegeben durch

R +   =   M + M 2 A 2 ,
Wo:

  • natürliche Einheiten werden so verwendet, dass C = G = 1 ;

  • ( T , R , θ , ϕ ) = Boyer-Lindquist-Koordinaten;

  • A = J M ;

  • J = Drehimpuls .

Ein stationärer Beobachter ( R , θ = Konstante ) idealerweise am Ereignishorizont mit dem Schwarzen Loch mit Winkelgeschwindigkeit mitrotiert Ω = A / ( R + 2 + A 2 ) .

Der Ereignishorizont existiert, wenn A M . Wenn A > M Die Kerr-Lösung beschreibt eine nackte Singularität, von der jedoch angenommen wird, dass sie nicht physikalisch ist. Denn bei einem Gravitationskollaps eines schnell rotierenden Objekts können die Zentrifugalkräfte die Entstehung eines Schwarzen Lochs verhindern.

An der Grenze A = M die Winkelgeschwindigkeit des Schwarzen Lochs ist

Ω max = 1 2 M .
Beachten Sie, dass Ω ist im Intervall monoton steigend 0 < A < M .