سیاهچالههای چرخان و باردار
سیاهچالههای واقعی معمولاً میچرخند، و راهحل کِر (Kerr) که سیاهچالههای چرخان را توصیف میکند، به همراه تعمیمهای باردار آن، ویژگیهای جدیدی را نشان میدهد که در مورد شوارتزشیلد (Schwarzschild) وجود ندارد، از جمله اِرگوسفر (ergosphere) و کشیدگی چارچوب (frame dragging).
Definition
سیاهچالههای چرخان و باردار، راهحلهای پایدار معادلات اینشتین (و اینشتین-ماکسول) هستند که با جرم همراه با تکانه زاویهای و بار الکتریکی مشخص میشوند، و هندسه آنها شامل کشیدگی چارچوبهای اینرسی و، در موارد چرخان، یک اِرگوسفر در خارج از افق رویداد است.
Scope
این موضوع شامل متریک کِر برای سیاهچالههای چرخان، راهحل رایسنر-نوردستروم (Reissner-Nordstrom) برای سیاهچالههای باردار، و متریک کِر-نیومن (Kerr-Newman) که هر دو را ترکیب میکند؛ همچنین به اِرگوسفر و فرآیند پنروز (Penrose process) برای استخراج انرژی، کشیدگی چارچوب، افقهای داخلی و خارجی، حد حدی (extremal limit)، و نقش محوری این راهحلها در اخترفیزیک میپردازد.
Core questions
- چرخش چگونه ساختار یک سیاهچاله را در مقایسه با شوارتزشیلد تغییر میدهد؟
- اِرگوسفر چیست و چگونه میتوان از آن برای استخراج انرژی استفاده کرد؟
- چرا انتظار میرود سیاهچالههای اخترفیزیکی چرخان باشند اما تقریباً بدون بار؟
Key concepts
- متریک کِر
- متریکهای رایسنر-نوردستروم و کِر-نیومن
- اِرگوسفر
- کشیدگی چارچوب
- افقهای داخلی و خارجی
- فرآیند پنروز
Key theories
- هندسه کِر و کشیدگی چارچوب
- متریک کِر یک سیاهچاله چرخان را توصیف میکند که تکانه زاویهای آن فضا-زمان اطراف را به دور خود میکشد و یک اِرگوسفر در خارج از افق رویداد ایجاد میکند که در داخل آن هیچ ناظری نمیتواند ثابت بماند.
- فرآیند پنروز و استخراج انرژی
- از آنجا که ذرات در اِرگوسفر میتوانند انرژی منفی نسبت به بینهایت داشته باشند، فرآیندی که یک ذره را در آنجا تقسیم میکند میتواند انرژی چرخشی را از سیاهچاله استخراج کند و چرخش آن را کاهش دهد، مکانیزمی که زیربنای مدلهای تولید جتهای اخترفیزیکی است.
Clinical relevance
سیاهچالههای اخترفیزیکی اساساً بدون بار هستند اما اغلب به سرعت میچرخند، بنابراین راهحل کِر حاکم بر دینامیک دیسکهای برافزایشی (accretion disks)، درونیترین مدار دایرهای پایدار که کارایی دیسک را تعیین میکند، و چرخش استنباط شده از طیفهای پرتو ایکس و از زنگخوردگی (ringdown) سیگنالهای امواج گرانشی است.
History
رایسنر و نوردستروم راهحل باردار را در حدود سالهای ۱۹۱۶-۱۹۱۸ یافتند، اما مورد چرخان تا کشف کِر در سال ۱۹۶۳ در برابر راهحل مقاومت کرد؛ نیومن و همکارانش بار و چرخش را در متریک کِر-نیومن در سال ۱۹۶۵ ترکیب کردند، و فرآیند پنروز برای استخراج انرژی در سال ۱۹۶۹ به دنبال آن آمد.
Key figures
- Roy Kerr
- Roger Penrose
- Hans Reissner
- Ezra Newman
Related topics
Seminal works
- kerr1963
- wald1984
Frequently asked questions
- چرا سیاهچالههای واقعی بدون بار فرض میشوند؟
- هر بار خالص روی یک سیاهچاله اخترفیزیکی به سرعت بارهای مخالف را از پلاسمای اطراف جذب کرده و خنثی میشود، بنابراین بار از نظر دینامیکی ناچیز است؛ در مقابل، چرخش حفظ میشود و معمولاً زیاد است، که کِر را به راهحل مرتبط تبدیل میکند.
- کشیدگی چارچوب چیست؟
- کشیدگی چارچوب پیچش فضا-زمان توسط یک جرم چرخان است که اجسام نزدیک و حتی نور را مجبور میکند در جهت چرخش حرکت کنند؛ در نزدیکی یک سیاهچاله کِر، این پدیده در داخل اِرگوسفر آنقدر قوی میشود که هیچ چیز نمیتواند ثابت بماند.