致密天体:白矮星、中子星与黑洞

黑洞自转

宇宙中几乎一切都在自转——行星、恒星、星系——因为它们从形成自己的物质那里继承了旋转。黑洞也不例外。当一颗自转的恒星塌缩时,它的旋转不会丢失;它被浓缩,往往浓缩到惊人的程度,进入留存下来的那个黑洞之中。黑洞自转是完整描述一个真实黑洞所需的仅有的两个数字之一(另一个是质量),而一个高速自转的黑洞,其行为与一个静止的黑洞迥然不同。

一个旋转的黑洞会实实在在地拖着周围的空间一起转,这是一种叫「参考系拖曳」的相对论效应——它附近的空间本身被卷入旋转,就像被勺子搅动的蜂蜜,以致近旁的任何东西即便想静止也无法做到。自转用一个从零(不转)到上限一(不能再快,超过此数学便不允许黑洞自转)的标度来衡量;测出的最快黑洞旋转速度远超这一上限的百分之九十,其视界以相当一部分光速转动。自转还会缩小最内稳定轨道,让物质从更近处落入、释放更多能量。

自转在实践中极为重要。黑洞的旋转很可能是宇宙中某些最高能喷流的能量来源——扭曲的磁场汲取自转能量,把物质以近光速向外抛射。自转还储存着可被提取的能量——原理上,一个达到最大自转的黑洞,其质量约百分之二十九可被收割。而通过引力波测量并合黑洞的自转,能为原先那些恒星如何生、如何死提供线索。一个提醒:自转并不会让黑洞「吸得更狠」——它改变的是几何,而非远距离的吸力。

有些黑洞转得如此之快,以致它们视界外侧的空间被拖着一起转——在那个区域里,哪怕你全力开动火箭逆着旋转方向,也无法保持静止。这种参考系拖曳,是空间本身被卷着走,而不是黑洞在抓你。

一个自转的黑洞把附近的空间拖入旋转——你无法静止不动。

自转的上限是一;大自然不允许黑洞转得比它的极限更快。而且自转改变的是视界附近的几何,并不改变远处所感受到的引力。

又称
Kerr black holeblack-hole angular momentum黑洞自旋克尔黑洞