Wenn sich alle Sterne drehen, warum wurde dann eine Theorie entwickelt, die nicht rotierende Sterne erfordert?

Laut Penroses Forschung würde ein nicht rotierender Stern nach dem Gravitationskollaps als perfekt kugelförmiges Schwarzes Loch enden. Allerdings hat jeder Stern im Universum eine Art Drehimpuls.

Warum sich überhaupt die Mühe machen, diese Forschung zu betreiben, wenn dies im Universum niemals passieren wird, und hat dies irgendwelche Auswirkungen auf die Zukunft der Astrophysik?

Würde es Ihnen etwas ausmachen, weitere Informationen über die Forschung bereitzustellen, z. B. einen Link zu einem Artikel darüber?
Reibungslose kugelförmige Kühe sind auch nützliche Abstraktionen ...
Ich nehme an, es ist als erster Schritt die Lösung für ein vereinfachtes Modell der Realität? Das ist in der Wissenschaft nicht ungewöhnlich...
„ Allerdings, jeder Stern im Universum “ Du hast sie alle überprüft , oder?
@TripeHound Jeder Stern im Universum hat eine absolute Drehung von mindestens Null.
"Alle Modelle sind falsch, aber einige sind nützlich"
FWIW, am Ende dieser Antwort befindet sich ein Diagramm der Drehung von 19 supermassiven Schwarzen Löchern. Wie Sie sehen können, haben sie Drehgeschwindigkeiten, die einen erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit ausmachen.
@wizzwizz4 Null ist mindestens Null.
Haben Sie jemals ein Problem gelöst, indem Sie makroskopische Objekte als Punktmassen behandelt haben? Keines dieser Objekte ist tatsächlich ein mathematischer Punkt, und dennoch können Sie bestimmte Annahmen treffen, bestimmte Details außer Acht lassen und das resultierende Modell verwenden, um zu verstehen, was vor sich geht, und Vorhersagen treffen – solange Sie bedenken, dass es Szenarien gibt, in denen Ein solches Modell ist weniger anwendbar oder nicht anwendbar, da die von Ihnen getroffenen Annahmen nicht mehr zutreffen und die von Ihnen nicht berücksichtigten Details beginnen, erhebliche Auswirkungen zu erzielen. Es gibt immer einen Anwendungsbereich. Alles in der Wissenschaft ist so.
Sie müssen normalerweise einfach anfangen, bevor Sie die komplizierteren Dinge tun. Es stellt sich heraus, dass die Drehung etwas kompliziert ist.

Antworten (5)

In ähnlicher Weise könnten wir fragen ...

Kein Balken kann genau 1 Meter lang sein . Kein Strahl kann exakt gerade sein. Das Material, aus dem ein Balken besteht, kann nicht wirklich isotrop sein. Warum sollten wir uns also die Mühe machen, die Spannung in einem geraden 1-Meter-Balken mit isotropem Material zu berechnen?

Denn zu wissen, wie man diese Berechnung durchführt, ist ein Baustein für komplexere Berechnungen.

Die Berechnung des nicht rotierenden Schwarzen Lochs bietet auch eine einschränkende Lösung. Die Lösung für den Kollaps eines sich drehenden Sterns nähert sich dieser Lösung, wenn sich der Spin Null nähert.

In ähnlicher Weise sagte uns Newton, dass sich der Weg eines sich bewegenden Objekts einer geraden Linie nähert, wenn sich äußere Kräfte Null nähern. Das ist nützlich zu wissen, obwohl es keinen Ort in unserem Universum gibt, der keinen Gravitationseinfluss hat.

Angenommen, eine kugelförmige Kuh...
Ich bin mir nicht sicher, ob der Meter immer noch gegen einen Standard definiert ist, aber wenn ja, gibt es einen Stock, der (per Definition) genau 1 Meter lang ist. Vielleicht nicht ganz relevant für Ihren Punkt.
@RolandHeath Seit 1960 nicht mehr .
+1, aber ist es offensichtlich, dass der nicht rotierende Fall eine einschränkende Lösung ist? A priori könnten globale (topologische?) Effekte ins Spiel kommen, wenn die Drehimpulsdichte gegen unendlich wächst, kurz bevor sich eine Singularität bildet.
@HenningMakholm: Ich verstehe Ihren Standpunkt möglicherweise falsch (ich bin kein Physiker). Ich meinte, dass es die Grenze von Low-Spin ist, nicht die Grenze von High-Spin.
@James In einem sehr einfachen "Modell" mit Handbewegung ist der Zusammenbruch zu einem schwarzen Stern auch eine Grenzgröße → 0 , und während des Kollapses bleibt der Drehimpuls konstant. Dies passt möglicherweise nicht gut zu unserer Grenze des Drehimpulses → 0 . (Konzeptionell denken Sie an lim X → 0 lim j → 0 arctan ⁡ ( X / j ) j / X = 0 vs lim j → 0 lim X → 0 arctan ⁡ ( X / j ) j / X = 1 .)
@James: Mein Punkt ist, dass ein kollabierender Stern mit einem niedrigen, aber von Null verschiedenen Drehimpuls eine Phase durchlaufen muss, in der seine Drehimpulsdichte während des Kollapses gegen unendlich divergiert - während ein Stern mit einem Drehimpuls von Null während dessen eine Drehimpulsdichte von Null haben kann gesamten Zusammenbruch. Daraus kann sich (zumindest a priori) ein qualitativer Unterschied ergeben, der von der Begrenzung nicht beachtet wird.
@HenningMakholm: Danke! Ich verstehe jetzt deinen Punkt.

Alle Modelle sind Annäherungen, wir beurteilen ein Modell danach, wie nützlich es ist.

Das Verständnis des Zusammenbruchs eines nicht rotierenden Sterns zu einem Schwarzen Loch gibt Einblick in die Natur des Gravitationskollaps. Ein Großteil der Kollapsphysik hängt nicht vom Spin ab. Die Bildung eines Ereignishorizonts zum Beispiel.

Modelle können verfeinert werden, und in diesem Fall führt die Berücksichtigung der Rotation zu weiteren Einsichten und einer nicht-kugelförmigen symmetrischen Struktur mit mehreren singulären Horizonten.

Alle Modelle sind notwendigerweise Vereinfachungen. Aber das nicht rotierende Modell ist immer noch nützlich.

Eine weitere Überlegung ist, dass die Physik, die ein rotierendes Schwarzes Loch beschreibt, viel schwieriger zu entwickeln war.

Die Mathematik zur Beschreibung des Schwarzschild- Schwarzen Lochs (ungeladen, nicht drehend) wurde 1916 entwickelt . Dies wurde 1918 auf geladene, nicht rotierende Schwarze Löcher erweitert (Die Reissner-Nordström-Metrik ) .

Erst 1963 wurde die Kerr-Metrik für ungeladene rotierende Schwarze Löcher entwickelt. Zwei Jahre später wurde die allgemeinste Form, die Kerr-Newman -Metrik gefunden.

Ich hätte keine Lust, 47 Jahre auf die Entwicklung eines genaueren Modells des Schwarzen Lochs zu warten, bevor ich sinnvolle Arbeiten auf diesem Gebiet unternehme.

Beachten Sie auch, dass die reine Schwarzschild-Lösung statisch ist: Sie ist ewig, nicht durch Kollaps entstanden und das einzige Objekt in einem ansonsten leeren Universum. Aber es ist immer noch eine nützliche Lösung, trotz dieser unnatürlichen Vereinfachungen.

Die Rotationsdauer unserer Sonne beträgt 24,47 Tage am Äquator und fast 38 Tage an den Polen, die Rotationsdauer unseres Planeten beträgt 23h 56m 4.098.903.691s . Die Verwendung von Schwarzschild-Gleichungen für beide Fälle ist nicht exakt.

Wenn Sie die Gleichung für nicht rotierende Objekte verwenden würden, um die Zeit in der Höhe von GPS-Satelliten (~ 20.200 km oder 12.550 Meilen) zu berechnen, würden Sie um 38.636 Nanosekunden pro Tag abweichen . Ein julianisches Jahr ist definiert als 365,25 Tage mit genau 86.400 Sekunden (SI-Basiseinheit), was im astronomischen julianischen Jahr genau 31.557.600 Sekunden entspricht. Das gregorianische Kalenderjahr (400 Jahre Durchschnitt) hat 365,2425 Tage.

Multipliziert man 365,2425 x 38.636 = 14.111.509,23 Nanosekunden, sind das 0,0141 Sekunden pro Jahr. Wenn Sie sich um diesen Betrag nicht kümmern, können Sie die einfachere Gleichung verwenden, z. B. für Berechnungen mit dem Stern HR 1362 , der eine Rotationsperiode von 306,9 ± 0,4 Tagen hat.

Sie haben Recht: Alle Sterne drehen sich. Der einzige Grund, warum ich mir vorstellen kann, warum Astrophysiker Berechnungen für einen nicht rotierenden Stern oder ein schwarzes Loch anstellen, ist, dass es ihre Berechnungen ein bisschen einfacher macht. Obwohl sich alle Sterne drehen, drehen sich einige viel schneller als andere, und ihre Massen variieren auch, so dass es ein hohes Maß an Unsicherheit gibt, das durch die Berechnung für einen Stern, der sich nicht dreht, verringert wird.

Wie sicher können wir sein, dass sich alle Sterne drehen? Es gibt viele Sterne und viele, viele mögliche (theoretische) Wechselwirkungen, die die Rotation verlangsamen würden.
Niemand hat noch einen gefunden. Ich vermute, es würde Aufsehen erregen, wenn einer entdeckt würde.
@Valorum Ja, ich dachte an eine Sternkollision, bei der sich die Sterne in entgegengesetzte Richtungen drehen. Wenn die Rotationsenergie genau entgegengesetzt ist, erhalten Sie ein nicht rotierendes Ergebnis. Sehr unwahrscheinlich, nicht völlig unmöglich – also wird es wahrscheinlich eines Tages irgendwo passieren.
@LorenPechtel Der Drehimpuls muss genau gleich sein. Das halte ich für absolut unmöglich.
@Valorum Weil die Wahrscheinlichkeit für einen Drehimpuls von "Null" viel schneller gegen 0 geht, als die Anzahl der Sterne mit "Stichprobengröße" wächst.
@MartinBonner - Sicherlich muss es nicht genau sein, nur sehr ähnlich. Ein Stern, der von mehreren Objekten getroffen wird, könnte (theoretisch) irgendwann seine Rotation umkehren, was bedeutet, dass die Rotation für mindestens einen Moment Null wäre. Wenn Sie es mit mehreren kleineren Objekten treffen, kann sich die Drehung auf ungefähr Null verlangsamen.
@Valorum Niemand hat ein Problem mit ungefähr Null; Das ist offensichtlich. Für einen Stern, dessen Rotation umgekehrt ist: Offensichtlich hat "das System" (Stern + Impaktor) einen Drehimpuls in der entgegengesetzten Richtung zum Stern allein. Der Stern + Impaktor wird sich auf komplexe Weise vermischen, daher halte ich es nicht für hilfreich, über die Umkehrung der Richtung "des Sterns" zu sprechen.
Wenn sich alle Sterne drehen, warum wurde dann eine Theorie entwickelt, die nicht rotierende Sterne erfordert?
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