緻密天體:白矮星、中子星與黑洞
黑洞自轉
宇宙中幾乎一切都在自轉——行星、恒星、星系——因為它們從形成自己的物質那裡繼承了旋轉。黑洞也不例外。當一顆自轉的恒星塌縮時,它的旋轉不會丟失;它被濃縮,往往濃縮到驚人的程度,進入留存下來的那個黑洞之中。黑洞自轉是完整描述一個真實黑洞所需的僅有的兩個數字之一(另一個是質量),而一個高速自轉的黑洞,其行為與一個靜止的黑洞迥然不同。
一個旋轉的黑洞會實實在在地拖著周圍的空間一起轉,這是一種叫「參考系拖曳」的相對論效應——它附近的空間本身被捲入旋轉,就像被勺子攪動的蜂蜜,以致近旁的任何東西即便想靜止也無法做到。自轉用一個從零(不轉)到上限一(不能再快,超過此數學便不允許黑洞自轉)的標度來衡量;測出的最快黑洞旋轉速度遠超這一上限的百分之九十,其視界以相當一部分光速轉動。自轉還會縮小最內穩定軌道,讓物質從更近處落入、釋放更多能量。
自轉在實踐中極為重要。黑洞的旋轉很可能是宇宙中某些最高能噴流的能量來源——扭曲的磁場汲取自轉能量,把物質以近光速向外拋射。自轉還儲存著可被提取的能量——原理上,一個達到最大自轉的黑洞,其質量約百分之二十九可被收割。而通過重力波測量併合黑洞的自轉,能為原先那些恒星如何生、如何死提供線索。一個提醒:自轉並不會讓黑洞「吸得更狠」——它改變的是幾何,而非遠距離的吸力。
有些黑洞轉得如此之快,以致它們視界外側的空間被拖著一起轉——在那個區域裡,哪怕你全力開動火箭逆著旋轉方向,也無法保持靜止。這種參考系拖曳,是空間本身被捲著走,而不是黑洞在抓你。
一個自轉的黑洞把附近的空間拖入旋轉——你無法靜止不動。
自轉的上限是一;大自然不允許黑洞轉得比它的極限更快。而且自轉改變的是視界附近的幾何,並不改變遠處所感受到的重力。
又稱
另見