ثقب أسود دوار

الثقب الأسود الدوار هو ثقب أسود يمتلك زخمًا زاويًا . جميع الأجرام السماوية المعروفة حاليًا، بما في ذلك الكواكب والنجوم ( الشمس ) والمجرات والثقوب السوداء، تدور حول أحد محاورها. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

توجد أربعة حلول دقيقة معروفة للثقوب السوداء لمعادلات أينشتاين للمجال ، التي تصف الجاذبية في النسبية العامة . اثنان منها يدوران: ثقب كير الأسود وثقب كير-نيومان الأسود. يُعتقد عمومًا أن كل ثقب أسود يتحلل بسرعة إلى ثقب أسود مستقر؛ وبحسب نظرية انعدام الشعر ، فإنه (باستثناء التقلبات الكمومية) يمكن وصف الثقوب السوداء المستقرة وصفًا كاملًا في أي لحظة زمنية بهذه الأرقام الأحد عشر:

• الكتلة والطاقة M ،
• الزخم الخطي P (ثلاثة مكونات)،
• الزخم الزاوي J (ثلاثة مكونات)،
• الموضع X (ثلاثة مكونات)،
• الشحنة الكهربائية Q.

تمثل هذه الأرقام الخصائص الثابتة لجسم ما، والتي يمكن تحديدها عن بُعد بفحص مجاليه الكهرومغناطيسي والجاذبي. أما أي تغيرات أخرى في الثقب الأسود، فستفلت إما إلى اللانهاية أو ستُبتلع داخله. وذلك لأن أي شيء يحدث داخل أفق الثقب الأسود لا يؤثر على الأحداث خارجه.

وبناءً على هذه الخصائص، يمكن تعريف الأنواع الأربعة للثقوب السوداء على النحو التالي:

تجدر الإشارة إلى أن الثقوب السوداء الفلكية من المتوقع أن تمتلك زخمًا زاويًا غير صفري، نظرًا لتكوّنها عبر انهيار الأجرام النجمية الدوّارة، ولكنها في الواقع ذات شحنة صفرية، لأن أي شحنة صافية ستجذب بسرعة الشحنة المعاكسة وتتعادل. لهذا السبب، يُستخدم مصطلح "الثقب الأسود الفلكي" عادةً للإشارة إلى ثقب كير الأسود. ^{[ 5 ]}

تتشكل الثقوب السوداء الدوارة نتيجة الانهيار الجذبي لنجم ضخم يدور حول محوره، أو من انهيار أو تصادم مجموعة من الأجسام المدمجة، أو النجوم، أو الغازات ذات الزخم الزاوي الكلي غير الصفري. وبما أن جميع النجوم المعروفة تدور ، ولأن التصادمات الواقعية لها زخم زاوي غير صفري، فمن المتوقع أن تكون جميع الثقوب السوداء في الطبيعة ثقوبًا سوداء دوارة. ^{[ 1 ] [ 2 ]} ولأن الأجرام الفلكية المرصودة لا تمتلك شحنة كهربائية صافية ملحوظة، فإن حل كير هو الحل الوحيد ذو الصلة الفيزيائية الفلكية.

في أواخر عام 2006، نشر علماء الفلك في مجلة الفيزياء الفلكية تقديرات لمعدلات دوران الثقوب السوداء . وقد يدور ثقب أسود في مجرة ​​درب التبانة، GRS 1915+105 ، بمعدل 1150 مرة في الثانية، ^{[ 6 ]} مقترباً بذلك من الحد النظري الأعلى.

يمكن للثقب الأسود الدوار أن ينتج كميات هائلة من الطاقة على حساب طاقته الدورانية. ^{[ 7 ] [ 8 ]} ويحدث هذا من خلال عملية بنروز داخل غلاف الثقب الأسود ، في الحجم الواقع خارج أفق الحدث. ^{[ 9 ]} في بعض حالات استخلاص الطاقة، قد يتحول الثقب الأسود الدوار تدريجيًا إلى ثقب أسود شوارزشيلد، وهو أدنى تكوين لا يمكن استخلاص المزيد من الطاقة منه، على الرغم من أن سرعة دوران ثقب كير الأسود لن تصل أبدًا إلى الصفر. ^{[ 10 ]}

يُعد الثقب الأسود الدوار حلاً لمعادلة أينشتاين للمجال . وهناك حلان دقيقان معروفان، هما مقياس كير ومقياس كير-نيومان ، واللذان يُعتقد أنهما يمثلان جميع حلول الثقوب السوداء الدوارة في المنطقة الخارجية.

في محيط الثقب الأسود، ينحني الفضاء بشدة لدرجة أن أشعة الضوء تنحرف، وقد ينحرف الضوء القريب جدًا لدرجة أنه يدور حول الثقب الأسود عدة مرات . لذا، عندما نرصد مجرة ​​خلفية بعيدة (أو أي جرم سماوي آخر)، قد يحالفنا الحظ برؤية الصورة نفسها للمجرة عدة مرات، وإن كانت مشوهة بشكل متزايد. ^{[ 11 ]} نُشر وصف رياضي كامل لكيفية انحناء الضوء حول المستوى الاستوائي لثقب كير الأسود في عام 2021. ^{[ 12 ]}

في عام 2022، تم إثبات رياضياً أن التوازن الذي وجده روي كير في عام 1963 كان مستقراً ، وبالتالي فإن الثقوب السوداء - التي كانت حلاً لمعادلة أينشتاين لعام 1915 - كانت مستقرة. ^{[ 13 ]}

توجد الثقوب السوداء الدوارة في حالتين حراريتين: التسخين (فقدان الطاقة) والتبريد. ^{[ 14 ]}

تُعد الثقوب السوداء من نوع كير عنصراً أساسياً في مشروع "أغنية البجعة" لجوي ديفيس . ^{[ 15 ] [ 16 ]} كما أنها عنصر أساسي في فيلم Interstellar لعام 2014 .

• قنبلة الثقب الأسود
• معامل دوران الثقب الأسود
• انقلاب دوران الثقب الأسود
• تفرد BKL - حل يمثل الهندسة الداخلية للثقوب السوداء المتكونة عن طريق الانهيار الجاذبي.
• إرجوسفير
• ثقوب كير السوداء كثقوب دودية
• عملية بنروز
• تفرد الحلقة
• الثقوب السوداء النجمية

• ميسنر، تشارلز دبليو .؛ ثورن، كيب إس.؛ ويلر ، جون أرشيبالد (1973). الجاذبية (الطبعة 27  ). نيويورك، نيويورك: فريمان. ISBN 978-0-7167-0344-0.
• ماكفي، جون دبليو. (1990). السفر عبر الزمن . دار سكاربورو. رقم ISBN 978-0-8128-3107-8.
• ميليا، فولفيو (2007). الثقب الأسود فائق الكتلة في المجرة . برينستون: جامعة برينستون. ISBN 978-0-691-13129-0.
• براهمة، سوداساتوا؛ تشين، تشي-يو؛ يوم، دونغ-هان (2021). "اختبار جاذبية الكم الحلقية من خلال النتائج الرصدية للثقوب السوداء الدوارة غير المنفردة". رسائل المراجعة الفيزيائية . 126 (18) 181301. arXiv : 2012.08785 . Bibcode : 2021PhRvL.126r1301B . doi : 10.1103/PhysRevLett.126.181301 . ISSN 0031-9007 . PMID 34018784. S2CID 229188123 .