原恒星的角动量是守恒的,这导致黑洞以很接近光速旋转。
黑洞是宇宙中最有趣、最神秘的天体,它深深吸引着科学家、物理学家和天文爱好者的想象力。
黑洞物的不可逆性质,即使是光也无法逃脱。围绕着这些密度极高的天体谜团不断勾起人类的好奇心。
黑洞不仅是压缩在一个小体积里的大质量球,它们还以难以置信的速度旋转。
从根本上说,黑洞有不同的类型,根据它们的自旋和携带的电荷进行分类。
史瓦西黑洞:为纪念卡尔-史瓦西而命名,他找到了爱因斯坦场方程的精确解,这种特殊类型的黑洞不旋转,也不带电荷。它也被称为静态黑洞,广义相对论中的施瓦兹柴尔德度量对其进行了描述。
克尔黑洞是不带电的旋转黑洞,它们拥有角动量,像所有行星、恒星和星系一样,围绕对称轴旋转。
在已知的爱因斯坦场方程的四个解中,其中一个就是克尔公设,另一个解,克尔-纽曼公设描述了一个同样带电的旋转黑洞。
克尔黑洞很常见,2014 年的电影《星际穿越》中也有描述,克尔黑洞拥有的两个基本特性是质量和角动量。
一颗大质量恒星在其生命周期结束时会在自身引力的作用下坍缩,从而产生一个旋转黑洞。
原恒星的角动量是守恒的,这导致黑洞以光速的很大一部分速度旋转。
然而,光速的这一部分能否达到 c 值(3 *108)并打破人们所知的物理定律呢?
角动量是衡量物体旋转中心质量分布情况的指标,物体越大、越重,旋转速度就必须越慢,以保持角动量。
黑洞的旋转速度有多快?
就黑洞而言,巨大的质量被压缩在极小的空间内,导致密度极高。
因此,为了实现角动量守恒,天体的旋转速度必须加快,每秒旋转更多圈。
一般来说,半径与速度的平方成反比。这意味着,如果半径减半,旋转速度就会增加四倍。
在中子星和宇宙中一些旋转速度最快的天体中就能观察到这种现象。
在研究毫秒脉冲星(旋转速度最快的中子星)时,人们注意到它们的旋转速度是相对论性的,这意味着它们确实达到了接近光速的速度。
中子星实际上并不是宇宙中密度最大的天体(黑洞才是宇宙中密度最大的天体),如果中子星能够接近这样的速度,那么黑洞的质量不就有可能被压缩到一个光速运动的物体无法逃脱的地步吗?
角动量在其中扮演什么角色?
宇宙真正的天体物理极限尚未被发现。例如,如果太阳被压缩成一个黑洞,它的直径将只有 3 千米。
该空间周围的框架拖曳将非常严重,甚至无法测量。框架拖曳可以针对不断吸积物质的黑洞进行研究。
黑洞的吸积盘及其周围的吸积流都存在于物质丰富的环境中。
归根结底,一切都归结于角动量守恒,大量的质量必须压缩到非常小的体积。
一旦发生这种情况,为了使角动量保持不变,旋转速度必须增加,直到几乎达到光速。
此时,引力波将进入,能量将被辐射掉。这样,速度就降到了理论上的最大值。科学家希望有一天能直接测量黑洞的旋转速度。
天文学家已经探测到一个以 84% 光速旋转的超大质量黑洞。
它已经达到了黑洞允许的最大速度极限,因此,如果它的旋转速度再超过目前的速度,奇点就会显现出来,物理定律就会被打破。