Wie kann eine Singularität rotieren?

Ich habe also gehört, dass alle beobachteten Schwarzen Löcher bis zu einem gewissen Grad rotieren . Aber wenn es einen Radius von Null hat, wie ist es dann überhaupt möglich, dass sich das Schwarze Loch selbst dreht? Oder dreht sich nur der ganze Schrott innerhalb des Ereignishorizonts? Vielleicht dreht es sich mit unendlicher Winkelgeschwindigkeit und einem endlichen Drehimpuls? Bitte erklären Sie, wie das funktioniert.

Welcher Müll? Alles, was den Ereignishorizont überschreitet, muss sehr schnell ins Zentrum des BH fallen . Wir wissen nicht, wie der Kern einer BH ist, wir brauchen eine QG-Theorie (Quantengravitation), um darüber zu sprechen, und selbst wenn (falls) wir eine QG-Theorie haben, werden wir natürlich nie dazu in der Lage sein Beobachten Sie direkt, was innerhalb des Ereignishorizonts vor sich geht, müssen wir andere Beweise verwenden, um QG zu validieren.
Alles, was wir im Universum beobachtet haben, dreht sich. Ein kollabierender Stern dreht sich, und der Drehimpuls muss erhalten bleiben, also muss sich auch das Schwarze Loch drehen (was wir auch beobachtet haben). Die wissenschaftliche Gemeinschaft wäre wahrscheinlich sehr erstaunt, etwas zu finden, das sich nicht dreht, und die erste Reaktion wäre, die Instrumente und Daten zu überprüfen.
Was ich mich gefragt habe, ist, wenn es sich dreht, muss die Winkelgeschwindigkeit nicht im Wesentlichen unendlich sein, da das Trägheitsmoment 0 sein muss? Es macht Sinn, dass es einen Drehimpuls haben würde, weil dieser erhalten bleiben muss, aber dieses Trägheitsmoment von 0 stört mich.
@Mick "Winkelimpuls muss erhalten bleiben" - Wenn ein Schwarzes Loch verdampft, bleibt der Drehimpuls NICHT erhalten. Die Hawking-Strahlung tritt in geraden Linien aus.
@Benjamin Sie wissen natürlich, dass es drei grundlegende Größen gibt, die in der Newtonschen Mechanik und der Energie-Impuls-Beziehung in der relativistischen Physik erhalten bleiben? Ob Hawking-Strahlung emittiert wird oder nicht und ob sie sich geradlinig ausbreitet oder nicht, hat keinen Einfluss auf die grundlegende Annahme der Erhaltung.

Antworten (3)

Es gibt mehrere Lösungen für die Allgemeine Relativitätstheorie, die mehrere verschiedene Arten von Schwarzen Löchern zulassen. Das "normale" Schwarze Loch, von dem die meisten Leute sprechen, mit einer Punktsingularität des Volumens Null, ist als Schwarzschild-Schwarzes Loch bekannt . Wenn sich das Schwarze Loch dreht, gilt die Schwarzschild-Lösung nicht mehr und Sie sprechen von einer anderen Art von Schwarzem Loch. Dieser neue Typ wird als Kerr-Schwarzes Loch bezeichnet (andere Typen umfassen Reissner-Nordström und Kerr-Newman ).

In einem Kerr-Schwarzen Loch ist die Singularität im Zentrum immer noch null Volumen, aber es ist kein Punkt mehr. Stattdessen ist es eine Scheibe mit einer Höhe von Null, die oft als Ringsingularität oder "Ringularität" bezeichnet wird . Der Drehimpuls des rotierenden Schwarzen Lochs ist dann der Drehimpuls um die Rotationsachse, der durch diesen Ring verläuft.

Bitte entschuldigen Sie meine Unwissenheit, aber es gibt etwas, das mich immer gestört hat. Ich glaube, es wurde mir erklärt, aber ich kann mich nicht erinnern.
Fortsetzung des obigen Kommentars: Wenn Sie die Analogie des sich drehenden Schlittschuhläufers und die Erhaltung des Drehimpulses verwenden, scheint es mir, dass ein sich drehendes Objekt, das immer kleiner wird, einen Punkt erreichen würde, an dem sich die tangentiale Oberflächenspingeschwindigkeit c nähern würde. Ich würde denken, dass dies die Größe des Objekts begrenzen würde, bevor es zu einer Singularität wird.
@JackR.Woods alter Kommentar, aber lustige Frage. Weil ich Kugeln mag, betrachte die Erde nicht als Schlittschuhläufer. Schrumpft man die Erde auf ihren Schwarzschild-Radius, wird sie zu einem Schwarzen Loch. Aber wenn Sie den Drehimpuls erhalten, haben Sie jedes Mal, wenn Sie den Radius der Erde um 1/2 verkleinern, ihre Rotationsgeschwindigkeit um 4 erhöht, um den Drehimpuls aufrechtzuerhalten. Wenn Sie die Erde genug verkleinern – auf etwa 10 Meter, so Newton, dreht sich die Erde jetzt mit Lichtgeschwindigkeit am Äquator. Das ist natürlich lächerlich, aber das ist die Idee. Der Drehimpuls geht entweder irgendwohin (in einen Ring)
@JackR.Woods oder es disipiert irgendwie, und das Schwarze Loch hat keinen Drehimpuls. Niemand weiß, was wirklich passiert, aber es gibt Modelle, bei denen das Schwarze Loch den Drehimpuls behält und die Singularität ein Ring ist, genauso wie es Modelle für ringförmige Planeten gibt, die gravitationsstabil sind (aber sie existieren möglicherweise nicht in Wirklichkeit), weil Massenkonzentrationen es sind wahrscheinlich einen Ringplaneten in einen Doppelplaneten destabilisieren. io9.gizmodo.com/… Das bedeutet nicht, dass Ringsingularitäten existieren, aber mathematisch funktionieren sie.

Stellen Sie sich die Singularität nicht als ein Objekt vor, das aus Materie besteht. Ein Schwarzes Loch ist eine Vakuumlösung der Relativitätsgleichungen. Das bedeutet, dass sich im Inneren des Schwarzen Lochs nichts befindet.

Ein Schwarzes Loch enthält keine Materie, aber es hat immer noch Masse. Die Masse des Schwarzen Lochs kann in der Krümmung der Raumzeit um das Schwarze Loch herum beobachtet werden. Es hat auch einen Drehimpuls, was dazu führt, dass die Raumzeit um ein sich drehendes Schwarzes Loch gezogen wird. Das ist seltsam. Aber genau das sagt die Relativitätstheorie voraus, und ihre Vorhersagen werden durch Beobachtungen gut gestützt.

In einem Schwarzen Loch befindet sich kein Objekt in der Mitte, es ist die Raumzeit selbst, die sich dreht.

Ich bin mir nicht sicher, ob ich dem überhaupt zustimme. Haben Sie Quellen, die dies belegen?
Ich nehme an, der umstrittene Punkt ist, dass "es nichts in einem schwarzen Loch gibt". Dies ist eine Folge davon, dass die Kerr-Metrik eine Vakuumlösung ist . Die Kerr-Metrik wird in Kerr diskutiert, wo es heißt: "Diese Mannigfaltigkeit ist Ricci-flach, Rab = 0 und erfüllt so die Vakuum-Einstein-Feldgleichungen". Die Metrik hat mehrere Singularitäten (Ringsingularitäten). Diese sind keine Materie, sie sind keine Objekte, es gibt Singularitäten im Gravitationsfeld. Es gibt kein rotierendes Objekt.
Diese Deutung habe ich noch nie gehört. Mein Verständnis ist, dass die Singularität der Punkt ist, an dem GR zusammenbricht und an dem auch die gesamte Materie physisch existiert. Es ist nicht falsch zu sagen, dass das Vorhandensein dieser Materie in der Singularität der Tatsache widerspricht, dass es sich um eine Vakuumlösung handelt, einfach weil die Singularität nicht Teil der Lösung ist, es kann aufgrund ihrer unendlichen Natur nicht sein. Daher sagen die Leute, dass die ganze Masse in der Singularität konzentriert ist. Ich hätte wirklich gerne eine Quelle, die besagt, dass die Masse innerhalb der Raum-Zeit-Krümmung liegt, wenn Sie eine haben.
Ich denke, die Vorstellung, dass die Singularität "wo die Materie ist", führt zu Missverständnissen, die in Fragen wie astronomy.stackexchange.com/questions/19734/… impliziert sind, wenn die Masse in der Singularität die Schwerkraft erzeugt, wie funktioniert diese Schwerkraft Flucht aus schwarzem Loch? Die Quelle, die ich verlinkt habe, stellt fest, dass die Bilder von Schwarzen Löchern einen fiktiven Minkowski-Raum innerhalb des Schwarzen Lochs annehmen. Dies ist eine nützliche Fiktion, aber natürlich ist die tatsächliche Form der Raumzeit gekrümmt und kann daher nicht einfach gezeichnet werden.
Die Singularität ist kein Teil der Raumzeit, sie ist kein "Ort" oder eine "Zeit", also kann Materie nicht "dort" sein, weil die Singularität kein "dort" ist.
Hmmm. Ein Schwarzschild-Schwarzes Loch ist zwar eine reine Vakuumlösung der GR-Feldgleichungen, aber es ist eine ziemlich künstliche Entität. Es ist ewig, also wurde es nicht durch den Gravitationskollaps von Materie gebildet, und es ist völlig isoliert: Es gibt nichts anderes in seinem Universum. (Und natürlich hat es keinen Spin). Es ist also ein sehr einfaches Modell eines physischen Schwarzen Lochs. OTOH, wir haben noch keine voll funktionsfähige Theorie der Quantengravitation, daher können wir die Frage nach dem endgültigen Schicksal der Materie, die in eine BH fällt, weder während ihrer Entstehung noch später vollständig beantworten.
(Fortsetzung) Wir können sagen, dass solche Materie schnell ins Zentrum fällt, aber wir wissen nicht, was passiert, wenn sie dort ankommt. Wir können ziemlich sicher sein, dass der Kern eines BH winzig ist, kleiner als ein Atom, und dass Quanteneffekte wahrscheinlich die Bildung einer mathematischen Singularität verhindern. Und was auch immer dort unten passiert, muss ziemlich seltsam sein, da der Pauli-Ausschluss es schwierig macht, viel fermionische Materie in einen so kleinen Raum zu packen. ;)

Man kann sich ein Schwarzes Loch so vorstellen, dass es zurückbleibt, wenn Materie (oder Energie) so weit zusammenbricht, dass sich ein Ereignishorizont bildet. Danach können keinerlei Informationen über den Ereignishorizont hinaus gelangen, sodass das, was im Inneren passiert, keine Auswirkungen auf den Rest des Universums hat. Die äußerlich sichtbaren Eigenschaften des Schwarzen Lochs (im Grunde das Gravitationsfeld außerhalb des Ereignishorizonts) erhalten sich von da an selbst (das meinen wir damit, dass es eine Vakuumlösung für die Feldgleichungen ist).

Wenn die kollabierte Materie einen Drehimpuls hatte, spiegelt sich diese Tatsache im Gravitationsfeld wider und wird (unter anderem) nahegelegene Materie um den Ereignishorizont herumziehen. Davon sprechen wir, wenn wir sagen, dass sich das Schwarze Loch dreht. Präziser ist zu sagen, dass sich sein Gravitationsfeld dreht, und noch präziser, einfach zu sagen, dass das Gravitationsfeld mit der Kerr-Lösung der Einstein-Gleichungen übereinstimmt.

Was tatsächlich innerhalb des Ereignishorizonts passiert, ist (in direktem GR, nicht in der Quantengravitation) nichts, was wir jemals direkt wissen können. GR lässt uns einige davon vorhersagen, aber wir können diese Vorhersagen niemals überprüfen, und es gibt Dinge, über die GR schweigt.

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