Wird der Spin eines Schwarzen Lochs von der Materie beeinflusst, die es umkreist?

Wird der Spin eines Schwarzen Lochs von der Materie beeinflusst, die es umkreist?

Kurze Antwort: Ja!

Der Spin (Winkelimpuls) eines Schwarzen Lochs könnte durch Wechselwirkung mit der umgebenden Materie auf vielfältige Weise verändert werden.

• Bei solchen Prozessen würden die Gesetze der Thermodynamik von Schwarzen Löchern respektiert. Das bedeutet insbesondere, dass die Fläche des Ereignishorizonts immer größer wird, auch wenn dem Schwarzen Loch Rotationsenergie entzogen wird. Auch der Drehimpuls des Schwarzen Lochs würde genügen$J<GM^2/c^2$(Wo$M$die Masse des Schwarzen Lochs ist), ist es unmöglich, das Schwarze Loch über diese Grenze hinaus zu drehen.

• Wenn ein Körper in ein Schwarzes Loch eintaucht, wird sein Drehimpuls (hauptsächlich der Drehimpuls seiner Bahnbewegung, aber auch jeder Eigendrehimpuls, den er hatte) Teil des Schwarzen Lochs. Wenn also ein Schwarzes Loch von einer Akkretionsscheibe umgeben ist, dann ist der Transport von Drehimpuls innerhalb und in das Schwarze Loch ein wichtiger Aspekt der dort stattfindenden Prozesse, und dieser Transport würde über viele Mittel erfolgen: Plasmaturbulenzen, Magnetfelder, elektromagnetische und Gravitation Strahlung usw. Im Laufe seiner Entwicklung könnte die Akkretion ein Schwarzes Loch ziemlich nahe an den maximal möglichen Werten des Drehimpulses (für eine gegebene Masse) „hochdrehen“.

• Es ist möglich, Drehimpuls (und Energie) über Gezeiteneffekte auf ein Schwarzes Loch zu übertragen, siehe zB diese Abhandlung . Dies würde zum Beispiel passieren, wenn ein Schwarzes Loch Teil eines Binärsystems ist (mit einem anderen Schwarzen Loch, Neutronenstern usw.). Dies ist die direkte Verallgemeinerung der Verlangsamung der Erdrotation durch den Gezeiteneinfluss des Mondes, wie im OP erwähnt. In identischen Umgebungen absorbiert ein rotierendes Schwarzes Loch mehr Energie und Drehimpuls aus Gezeiteneffekten als ein nicht rotierendes Schwarzes Loch. Aber selbst für rotierende Schwarze Löcher ist diese Art der Massen-/Winkelimpulsabsorption in den meisten Fällen zu gering und könnte normalerweise ignoriert werden.

• Rotierende Schwarze Löcher weisen Superstrahlung auf , ein Phänomen, bei dem der Strahlungsfluss (elektromagnetisch oder gravitativ), der auf ein Schwarzes Loch trifft, verstärkt wird. Dieser Effekt ähnelt konzeptionell dem Penrose-Prozess nur für Wellen und nicht für Partikel. Die notwendige Energie und der weggetragene Drehimpuls werden durch die Rotation des Schwarzen Lochs geliefert und dadurch verlangsamt. Ein verwandtes Konzept ist die Schwarze-Loch-Bombe , ein außer Kontrolle geratener superradianter Prozess.

• Schließlich sollte der Blandford-Znajek-Prozess besonders erwähnt werden , der Rotationsenergie über Magnetfelder aus externen Quellen extrahiert (und somit die Rotation des Schwarzen Lochs verlangsamt).

Lassen Sie mich zunächst rekapitulieren:
Die Gezeitenwechselwirkung im Erde-Mond-System erhöht die Höhe der Mondumlaufbahn und verlangsamt die Erde. Es findet auch ein Drehimpulsaustausch statt. Dabei wird der Drehimpuls des Mondes erhöht und der Drehimpuls der Erde entsprechend verringert.

Im Falle eines Schwarzen Lochs: Die einzige Wechselwirkung mit umgebender Materie, soweit mir bekannt ist, ist die mit der Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs.

In großer Entfernung zum Schwarzen Loch wird die Schwerkraft des Schwarzen Lochs sehr genau mit dem standardmäßigen Newtonschen umgekehrten quadratischen Gravitationsgesetz beschrieben. In Entfernungen wie dieser ist die Umlaufbahn um das Schwarze Loch so stabil wie die Umlaufbahnen der Planeten des Sonnensystems.

Näher am Schwarzen Loch werden relativistische Effekte signifikant. Eine langfristige Umlaufbahnbewegung ist immer noch möglich, aber diese Umlaufbahnen haben eine Präzession (wie Merkur eine Präzession seiner Umlaufbahn hat). Je näher am Schwarzen Loch, desto schneller die Präzessionsrate.

Alles, was ein Schwarzes Loch in dieser Entfernung umkreist, hat also eine erhöhte Wahrscheinlichkeit, auf Nachbarn zu stoßen. Die Auswirkung eines solchen Stoßes ist ein Verlust der Umlaufbahnhöhe. (Oder die Beule macht die Umlaufbahn noch weniger kreisförmig, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, auf Nachbarn zu stoßen.)

Es ist nicht so, dass das Schwarze Loch aktiv Masse zu sich zieht. Es ist vielmehr so, dass Masse, die ein Schwarzes Loch umkreist, im Laufe der Zeit dazu neigt, an Umlaufbahnhöhe zu verlieren. Schließlich verliert die Masse, die das Schwarze Loch umkreist, so viel Umlaufhöhe, dass sie den Ereignishorizont überschreitet.

Wenn die umlaufende Masse den Ereignishorizont überquert, wird der Bahndrehimpuls vom Gesamtdrehimpuls des Schwarzen Lochs absorbiert.

(Viele Schwarze Löcher haben eine saubere Umgebung. Die gesamte Masse, die nahe genug war, um verschlungen zu werden, wurde bereits verschlungen.)

Das bedeutet, dass ein Schwarzes Loch nur eine Form der Gravitationswechselwirkung mit umgebender Materie hat: Die Umlaufbahnhöhe der umgebenden Materie nimmt ab , und schließlich überquert diese Materie den Ereignishorizont. (Im Gegensatz dazu verursacht die Gezeitenwechselwirkung im Erde-Mond-System eine Erhöhung der Mondumlaufbahnhöhe)

Im normalen Lauf der Dinge sehe ich also keinen Prozess, der den Drehimpuls des Schwarzen Lochs verringern könnte.

(Nun, ich nehme an, das folgende Szenario ist möglich: Eine sich bewegende Gaswolke trifft auf ein Schwarzes Loch, und der Drehimpulsvektor dieser Gaswolke weist die entgegengesetzte Richtung zum Drehimpuls dieses Schwarzen Lochs. Wenn sich diese Gaswolke zu einem zusammenzieht Akkretionsscheibe, dann haben Sie eine Akkretionsscheibe mit einem Drehimpuls, der dem Drehimpuls des Schwarzen Lochs entgegengesetzt ist. Aber das ist ein sehr erfundenes Szenario.)

Also:
Ich sehe keinen plausiblen Prozess, der den Drehimpuls eines Schwarzen Lochs wieder herunterkommen lassen könnte.

Zum Spaß können Sie sich über den Penrose-Prozess informieren

Nein, denn fast alle Materie in der Nähe eines Schwarzen Lochs ist so klein, dass ihre Schwerkraft nicht so groß ist.