¿Qué tan rápido puede girar un agujero negro?

La redacción de la pregunta implica múltiples respuestas, así que …

  1. El espacio-tiempo del agujero negro de Kerr gira a la velocidad de la luz en la superficie ergo y más rápido que eso dentro de la ergosfera. Por esta razón, la ergosuperficie se denomina superficie de desplazamiento al rojo infinita.
  2. La ergosfera no puede acelerar la materia dentro de ella hasta la velocidad de la luz, por lo que toda la materia masiva en la ergosfera se mueve más lentamente que la luz. Se han realizado mediciones de las velocidades de centrifugado en este contexto por encima de 0.85c.
  3. El giro también podría implicar un momento angular, en cuyo caso hay un valor máximo para el cual el agujero negro de Kerr puede girar en este sentido y se llama un agujero negro extremo. Para una masa dada, cuanto más rápido gira un agujero negro, más pequeño es su horizonte de eventos.

Todo lo anterior se puede demostrar con matemáticas simples y, si hay suficiente interés, incluiré los cálculos en una actualización.

Actualización 1 : Agujero negro extremo de Kerr

La ubicación coordinada de los horizontes interno y externo del agujero negro de Kerr son, respectivamente

[matemáticas] r _- = M – \ sqrt {M ^ 2-a ^ 2} [/ matemáticas]

[matemáticas] r _ + = M + \ sqrt {M ^ 2-a ^ 2} [/ matemáticas]

donde [math] M [/ math] es el parámetro de masa y [math] a [/ math] es el parámetro de Kerr dado por

[matemáticas] a = \ dfrac {J} {M} [/ matemáticas]

donde [matemáticas] J [/ matemáticas] es el momento angular.

  • En el límite donde [matemáticas] a = 0 [/ matemáticas] no tenemos momento angular y el negro Kerr es ahora el agujero negro de Schwarzschild con [matemáticas] r_s = 2M [/ matemáticas].
  • En el límite donde [matemática] a = M [/ matemática], el horizonte interno va a cero [matemática] r _- = 0 [/ matemática] y el horizonte externo va a [matemática] r = M [/ matemática] y esto Es la condición extrema.
  • Para el caso donde [math] a> M [/ math], los horizontes no tienen una solución real, dejando una singularidad desnuda que no es física porque implica violaciones de causalidad.

Eso dependería de lo que creas que significa “normal”.

En general, el giro de un agujero negro se debe a la forma en que el agujero negro se ha formado y ha ido creciendo, y no existe un escenario de “talla única”.

Hay un giro máximo para un agujero negro: no puede girar más rápido que la velocidad de la luz (es decir, el horizonte de eventos no puede hacerlo). Y parece que la mayoría de BH que conocemos giran bastante cerca de esa velocidad máxima.

La velocidad de rotación de un agujero negro está limitada por debajo de la velocidad a la que la gravedad sería cero. Más allá de eso, el objeto no sería un agujero negro. Sin profundizar más allá de mis propios intereses y sin cálculo, parece poco probable que sea posible una velocidad de superficie cercana a la velocidad de la luz.

Página en arxiv.org Giro del agujero negro: teoría y observación por M. Middleton

Los valores distintos de cero del giro indican un Kerr BH, con un valor positivo correspondiente al BH que gira en la misma dirección que las partículas en órbita a su alrededor (por lo general, se toma en sentido antihorario desde una posición por encima del BH), es decir, prograde. Por el contrario, los valores de giro negativos indican que las órbitas están orientadas en la dirección opuesta, es decir, retrógradas al giro BH. Basado en la tercera ley de la termodinámica de BH que establece que un BH no puede tener gravedad de superficie cero (Bardeen, Carter y Hawking 1973), el giro debe tener valores limitantes naturales de -1 y 1 (en ese punto la gravedad de superficie es cero). Una restricción adicional surge de la consideración de la solución de Kerr y al establecer la ecuación 4 igual a cero: ∆ = r 2 −2Mr + a 2 = 0, que es una singularidad coordinada en la ecuación 2. Se puede ver fácilmente que no hay soluciones reales cuando un 2> M2 que implica que en tal caso no hay horizonte ni BH, lo que lleva a una ‘singularidad desnuda’ que está prohibida (debido a paradojas); así que una vez más encontramos un valor límite de | a |

a ∗ = | J | c / GM ^ 2 donde J es el momento angular.

¿Qué tan rápido giran los agujeros negros? Como puede ver en el enlace, los agujeros negros giran a diferentes velocidades, y el máximo se define por su masa. cuanto más masivo, más rápido es el “límite de velocidad”. Se cree que la mayoría de los agujeros negros ni siquiera se acercan a su velocidad máxima de giro, empujando el límite: el agujero negro gira a una velocidad fenomenal, pero se ha observado que algunos lo hacen. El arrastre de cuadros también es un problema. Vista deformada del espacio de Einstein Confirmado, por lo que es dudoso que el objeto se acerque a su límite teórico.

Todo depende de cómo se formó el agujero negro por primera vez. Algunos agujeros negros giran más rápido que las estrellas de neutrones, mientras que otros apenas giran. De los cuatro tipos principales de agujeros negros teorizados, solo los agujeros negros de Kerr y Kerr-Newman tienen un momento angular significativo. El resultado es un agujero negro abultado. Nadie realmente sabe lo suficiente sobre los agujeros negros para responder realmente esa pregunta. Todavía.

El agujero negro puede girar muy rápido. Existe la afirmación de que cuando el radio del cuerpo disminuye, la velocidad aumenta. Eso muestra que el agujero negro gira más rápido. Tiene alta gravedad, por lo que puede resistir la velocidad de giro. La rotación intenta hacer que la masa sea plana, pero la gravedad no le permite hacerlo. Podemos conocer la velocidad del agujero negro al estudiar la velocidad del cuerpo que lo rota. La nube a su alrededor debe girar cerca de la velocidad del agujero negro.