Koiko brzo crna rupa može da rotira? Dok bi prebrza rotacija običnog objekta dovela do njegovog raspadanja, crne rupe imaju teorijsku granicu rotacije, opisanu Kerrovim rešenjem Ajnštajnove opšte teorije relativnosti. Ovo rešenje predviđa neobične fenomene, poput deformacije prostor-vremena i stvaranja ergosfere.
Umetnička ilustracija koja prikazuje akrecioni disk normalne materije koja se vrtloži oko crne rupe, sa mlazevima koji izviru sa polova. Robert Hert, NASA/JPL-Caltech
Prema teoriji opšte relativnosti, crne rupe mogu posedovati rotaciju, a takve se nazivaju Kerrove crne rupe, za razliku od nerotirajućih Schwarzschildovih crnih rupa. Većina crnih rupa u svemiru verovatno su Kerrove jer nastaju iz zvezda koje rotiraju, dok su Schwarzschildove crne rupe idealizovan model bez rotacije.
Rotacija uzrokuje deformaciju prostor-vremena oko crne rupe, stvarajući oblast zvanu ergosfera. Ovo je region izvan horizonta događaja gde ništa ne može ostati statično jer prostor-vreme "vuče" objekte zajedno sa rotacijom crne rupe.
Rotirajuće crne rupe imaju dva horizonta događaja: unutrašnji (Cauchyjev horizont) i spoljašnji. U slučaju ekstremno brze rotacije, unutrašnji i spoljašnji horizont događaja mogu se teoretski spojiti, ali ovo predstavlja granični slučaj poznat kao ekstremna Kerrova crna rupa.
Akrecioni disk: Moćan izvor energije
Materija koja pada ka crnoj rupi formira rotirajući disk zbog jake gravitacije. Trenje u disku zagreva materiju, emitujući visokoenergetske fotone, poput rendgenskih zraka. Ovo je efikasniji proces pretvaranja materije u energiju nego nuklearna fuzija u zvezdama. Nuklearna fuzija u zvezdama (npr. pretvaranje vodonika u helijum u Suncu) pretvara samo oko 0,7% mase u energiju. Prema teoriji opšte relativnosti, u zavisnosti od rotacije crne rupe, do 10-40% mase materije koja pada u akrecioni disk može se pretvoriti u energiju (u obliku zračenja) pre nego što pređe horizont događaja. Za rotirajuće (Kerrove) crne rupe, ova efikasnost je veća zbog dodatne energije iz rotacije. Proces akrecije može biti i do 50 puta efikasniji od nuklearne fuzije, što ga čini jednim od najenergetskijih procesa u svemiru. Ovo je astronomski potvrđeno (npr. Cygnus X-1, aktivna galaktička jezgra i kvazari)
Magnetna polja akrecionog diska mogu izbacivati plazmene mlazeve duž ose rotacije, koji se protežu na ogromne razdaljine, ponekad i preko čitavih galaksija. Ovi mlazevi često relativistički (kreću se blizu brzine svetlosti) i da su povezani sa Blandford-Znajekovim procesom, koji izvlači energiju iz rotacije crne rupe.
Rotacija crne rupe može izazvati efekte poput vremenske dilatacije i gravitacionog sočiva, gde svetlost iz udaljenih izvora biva savijena. Rotirajuće crne rupe u centrima galaksija, poput supermasivnih, utiču na kretanje okolnih zvezda i gasova, što pomaže astronomima da ih detektuju.
Detekcija rotacije
Rotacija se indirektno posmatra kroz efekte na akrecioni disk, mlazeve plazme ili kretanje obližnjih zvezda. Studije crne rupe Sagittarius A* otkrile su nepravilne svetlosne bljeskove, verovatno izazvane orbitiranjem vrućih tačaka u akrecionom disku, što ukazuje na rotaciju i magnetne procese.
Teleskopi poput Event Horizon Telescopa snimili su prstenaste strukture oko crnih rupa (npr. M87 i Sagittarius A*), što ukazuje na rotaciju materije u akrecionom disku.
Teorijski značaj
Rotacija crne rupe opisana je parametrom ugaonog momenta, jednim od tri ključna parametra (masa, ugaoni moment, električni naboj) koji potpuno karakterišu crnu rupu.
Brzina rotacije utiče na stabilnost crne rupe i njenu sposobnost da akumulira materiju, što je ključno za razumevanje rasta supermasivnih crnih rupa.
Rotacija crne rupe igra ključnu ulogu u njenom ponašanju i interakciji sa okolinom, stvarajući dinamične fenomene poput ergosfere, mlazeva i superzračenja. Ovi efekti omogućavaju astronomima da indirektno proučavaju crne rupe, iako one same ostaju nevidljive.
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
Komentari
Ali, setih se ne tako davnog primera spajanja 2 crne rupe koje rotiraju jedna oko druge, sa Suncevim masama x i y (respektivno).
Masa novodobijene crne rupe je bila (x + y - 3) Sunceve mase. Razlika je nastala ogromnim odlivom energije kroz gravitaciono 'talasanje' prostor/vremena; to mi vec zvuci zdravorazumski logicno.
U svakom slucaju hvala na odgovoru, meni ostaje jos malo da 'mozgam' na temu.
Što se tiče gravitacione potencijalne energije, kada materija pada ka crnoj rupi, materija se ubrzava a zbog ogromne gravitacije formira rotirajući akrecioni disk. U disku, čestice materije se sudaraju i trljaju jedna o drugu. Ovo trenje zagreva materiju na ekstremne temperature (milione stepeni), što dovodi do emitovanja visokoenergetskih fotona, poput rendgenskih zraka. Deo gravitacione potencijalne energije materije se tako pretvara u toplotnu, a potom u elektromagnetno zračenje. Jasnano je što materija pada dublje, da će veća energija biti oslobođena, a crna rupa je vrlooo duboka.
Što se tiče relativističkog efekta u blizini crne rupe, prostor-vreme je snažno zakrivljeno, što povećava energiju oslobođenu tokom pada materije. Za rotirajuće (Kerrove) crne rupe, dodatna energija se dobija iz rotacionog momenta crne rupe (proces poznat kao Penroseov proces ili efekat frame-dragging ili Lense-Thirring efekat) čime se povećava efikasnost pretvaranja.
U svakom slučju pretvaranje materije u energiju zadovoljava uslov E=mc^2, odnosno ne radi se o nekom procesu koji nadmašuje navedenu formulu, nego o velikom procentu iskorišćene materije u pretvaranje u energiju.
Energija se oslobađa zbog konverzije gravitacione potencijalne energije u kinetičku, a zatim u toplotnu energiju putem trenja i viskoznih sila u disku. Ova toplotna energija zagreva materiju do ekstremnih temperatura (milione stepeni), pretvarajući je u plazmu i dovodeći do emisije visokoenergetskih fotona. Elektroni su razdvojeni od jezgara, koja ostaju cela, tako da ovaj proces nije ni jedan od 4 gore navedenih, ni hemijski, ni nuklarni (cepanje ili spajanje), ni anhilacijski, nego je u pitanju peti način pretvaranja materije u energiju: Gravitacioni proces.
Koliko ja znam, postoje 4 nacina: hemijska reakcija, fisija (cepanje atoma), fuzija (spajanje atomskih jezgara) i anihilacija (ponistavanje materije i antimaterije).
Hvala unapred!