细解极端克尔黑洞是如何形成的

UFO爱好者

黑洞有两类.史瓦西黑洞和克尔黑洞.
史瓦西黑洞本身是不是球体不知道,但它外面的视界是球体.计算机模拟的史瓦西黑洞是这个样子的.



与史瓦西黑洞不同,克尔黑洞在引力坍缩形成黑洞时,由于原恒星旋转而具有的角动量,基本由克尔黑洞保留（或称继承）,因而克尔黑洞是旋转的,描述克尔黑洞的参数除质量外,还有角动量.于是,克尔黑洞就与史瓦西黑洞不同,如果说史瓦西黑洞是时空中的引力深阱的话,克尔黑洞就是时空中无底的引力漩涡.虽然视界仍为一个球形,但在其外围还有一个旋转的扁球状的能层（这个名字是物理学家惠勒起的）.能层与视界只在旋转轴处（就是视界的两极处）相切.所以它的整体形状像一个压偏的球体,短轴就是它的旋转轴.
克尔的解显示,克尔黑洞的中心也与史瓦西黑洞不同.史瓦西黑洞的中心是一个奇点,而克尔黑洞的中心是一个奇异环,中间是空的.这也是因为克尔黑洞是旋转的所致.
如果你要进入黑洞，请选择克尔黑洞！



三体迷【宇宙探秘专栏】昨天“三体迷”发的一篇文章介绍了专家预测的掉进黑洞的三种可能情形：
被黑洞超强的引力拉成意大利面条，俗称“意大利面化”。
在被意大利面化之前，被“黑洞火墙”化为灰烬。
在落入黑洞的过程中，你的所有信息会被复制，并形成全息影像。
近日，根据专家们最新的研究，又得出了关于黑洞的一套新理论——他们认为，如果你执意要进入黑洞体验一番，那么请选择旋转的黑洞，因为这样也许能保证你存活下来！



马里兰大学的一组研究人员设计了一套新的超级计算机模型，用以研究快速旋转的黑洞（即克尔黑洞）的奇异的物理特性。克尔黑洞是爱因斯坦场方程预言下的一类带有角动量的黑洞，是二种旋转黑洞中的一种。另一种是同时带有角动量和电荷的黑洞，叫做克尔-纽曼黑洞。相比于静态的史瓦西黑洞，克尔黑洞更接近于实际物理上的黑洞，因为大多数恒星都具有一定的自转角动量，当它们坍缩成黑洞时仍然会保留部分角动量。
据该研究的主要负责人Dr. Lior Burko介绍：“这是首个模拟落入这类旋转黑洞中心的过程的计算机模型。通常人们认为物体在接近黑洞的过程中会被不断增强的引力撕碎，然而，我们发现，在落入黑洞时引力会不断增加，变得无限大，但是正因为引力的变化如此之快，以至于可以使物体保持完整。”
黑洞周围的环境很极端，而且其物理特性毫无规律，因此要创造出精确的黑洞模型需要用到超高的计算机技术。尽管几十年来已经有很多关于黑洞里面会发生什么的猜想，但是本次的研究还是前所未有的。



就像过去几十年的科幻电影——从迪斯尼的《黑洞》到兰诺的《星际穿越》所描述的，只要条件合适，就可能穿越黑洞。但是，在里头会发生什么，就只能发挥天马行空的想象了。
     
  
        
克尔黑洞的原理
克尔黑洞是

爱因斯坦场方程预言下的一类带有角动量的黑洞，是二种旋转黑洞中的一种。爱因斯坦方程有一个只依赖于这两个参量的精确解。这个解由新西兰物理学家罗伊·克尔(RoyKerr)于1962年得到，描述的是转动黑洞的引力场。这个理论发现有着重要的天文学意义，其价值不亚于一种新基本粒子的发现。相比于静态的史瓦西黑洞，克尔黑洞更接近于实际物理上的黑洞，因为大多数恒星都具有一定的自转角动量，当它们坍缩成黑洞时仍然会保留部分角动量。
根据科学家研究，克尔黑洞很可能连接着两个世界，但这只是一种推测！具体有待验证！
所有恒星都在自转，因而就不是严格球形的，而是在两极处稍稍变化，于是一颗真实恒星的引力坍缩就不能由球对称的史瓦西解来精确地描述。实际上，恒星周围时空的几何将由于引力波的产生而变得相当复杂。
为什么引力波会扰乱几何呢？道理很简单：所有运动物质（例如一颗转动恒星）的引力场都随时间变化。因此，由引力造成的时空弯曲在每个时刻都会变化，以反映新的物质构造。这种再调节像一种“皱纹”，以光速在背景几何中传播。
球对称性最差的坍缩恒星发出最多的引力波。一旦视界形成，恒星坍缩成了黑洞，情况则立即简化。在视界形成的瞬间，其形状可能仍不规则，并表现出剧烈的振动，但在不到1秒钟之内引力波会抹去所有的不规则性。于是视界停止振动并成为单一的平滑的形状，即一个两极因离心力而变扁平的椭球面。
这就是为什么一颗规缩成黑洞的转动恒星的引力场会最终达到一个平衡状态，这个状态只依赖于两个参量，即质量和角动量，后者表征恒星的转动，类似于基本粒子的自旋。
克尔在史瓦西解的基础上，让这个黑洞模型旋转起来，从而得到了克尔解所描述的黑洞。别小看这个旋转，在黑洞强大的引力下，不仅仅要考虑旋转引起的离心现象，还要考虑黑洞对外部时空的拖曳、对内部时空的扰动，以及相应的黑洞结构的改变和从而产生的影响。因此，克尔黑洞的结构比史瓦西黑洞复杂了许多。
在克尔黑洞的最外层，由于旋转会产生对周围时空的拖曳效应（伦斯——梯林效应），存在着一个判断物体是否可以静止于时空中的静止界面。静止界面外的物体，可以通过推进器等装置在被拖曳的时空旋涡中相对于极远处的观测者静止不动，而在静止界面内，可以断定，物体一定会被黑洞的强大引力拖动，开始旋转。在这个界面内部，和史瓦西黑洞一样存在着视界，但是要比史瓦西视界更加复杂，因为在这里，视界分为两个：内视界和外视界。外视界是物体能否与外界通讯的分界面，而内视界是奇点的奇异性质能否影响外界的分界面。也就是说，进入外视界的物体，必定会被吸入奇点，然后被摧毁，但是还可以在达到内视界以前享受一段相对“安宁”的日子，而一旦进入了内视界，那么任何物体都会在内视界中奇点奇异性质的面前屈服，在达到奇点以前便被摧残殆尽。在外视界和静止界面之间，有一个相对十分广阔的区域，叫“能层”。在能层中蕴藏着黑洞旋转时的旋转能。从理论上，可以在静止界面外建立一个空间站，然后利用抛物投射来提取黑洞的旋转能，得到几乎无穷尽的能源。此外，在能层中，由于黑洞旋转带来的拖曳会将时空撕裂，从而产生穿越时空的虫洞。
     
  
        
在内视界内部，和史瓦西黑洞一样有一个奇异性质汇聚的地方，但是不像史瓦西黑洞那样是一个奇点，而是一个独特的奇异环，一个充满了量子效应奇异性质的面，安静地平躺在黑洞赤道面上。
要注意的是，史瓦西几何描述的是一个球形物体的引力场，不论该物体是否处于静止；而克尔几何描述的只是一个最后的平衡态，它只适用于视界已经形成和所有的畸形都已被引力波扫除之后，而不能用于转动恒星的实际坍缩过程。
性质：另外它还有一个重要性质：我们可以从中提取能量。这听起来有些不可思议，因为我们都认为黑洞是一毛不拔的吝啬鬼。
这里的奥秘在于克尔黑洞有能层，意思就是能够从中提取能量的一层。克尔黑洞的能量组成有两部分：质量对应的引力势能和转动对应的转动动能。我们所能提取的是转动能。
提取方法：派飞船进入能层，然后朝黑洞转动方向的反方向扔下一个重物，然后快速离去。这个过程会使黑洞转动的角动量降低，减少的部分转移到飞船上，另外，转动量也降低，这部分能量也转移到了飞船上，这就从黑洞中提取了能量。不过，黑洞也不吃亏，它虽然失去了转动能，但是得到了一大块物质。黑洞并不在乎转动能，它在乎的是视界的面积。黑洞进行的任何活动都保持视界面积只增加不减少，上述过程能够使视界面积增加，所以能够进行。
分类：在黑洞的热动力学方面，黄金比例起着意想不到的作用。通常可将黑洞分为两类：不旋转的（角动量为0）和旋转的，旋转的黑洞被称为“克尔黑洞”。克尔黑洞又以两种状态存在：一种是当它们丧失能量时被加热；另一种则是被冷却。这两种状态还会相互转化，而转化的条件只有在其质量的平方与角动量的平方之比为“黄金比例”时才成立。
向左转|向右转
   极端克尔黑洞是怎样形成的
克尔黑洞是宇宙中最极端的黑洞，为什么这么说呢？从克尔黑洞图片中可以看出这是一个告诉旋转的黑洞！
因为黑洞被认为是性质最为简单的天体，通常只需三个量（质量、角动量和电荷）就可以完全描述它。而天体物理当中的黑洞更为简单，质量和角动量两个量。角动量又常用归一化的无量纲自旋参数来表示，其绝对值的变化范围在0和1之间。0代表史瓦西黑洞（不转黑洞），1代表极端克尔黑洞（转动最大值）；自旋参数的正负号代表了黑洞自旋和吸积盘的转动方向是否一致：一致为正，否则为负。
克尔黑洞




极端克尔黑洞，无论是在限制大质量恒星演化、检验喷流产生机制，以及验证广义相对论等众多领域，都有着重要作用。寻找极端自旋黑洞将对这些研究方向提供重要的观测限制。尽管2011年的研究结果表明天鹅座黑洞为极端克尔，但此性质需加以确认。受观测模式和时间限制，2011年工作所使用的X射线光谱质量相对较差，而且只有一个符合分析条件的光谱。为了确认天鹅座黑洞自旋的本质，研究人员申请了更多的X射线望远镜观测时间和采取了更佳的观测模式。在此次发表的文章中，不仅得到了更多的光谱（5次观测11个光谱，6个可用光谱），而且光谱质量也比之前更好。从而在确认之前极端克尔黑洞的同时，对此黑洞的角动量做出了更强限制：自旋参数大于0.983（99.7%的概率；最大值为1）。
     
  
        
　　此研究中所涉及的自旋测量方法为X射线连续谱拟合方法，是通过拟合来自黑洞吸积盘的整体黑体辐射来得到自旋值。此方法最初为高能物理所/国家天文台的张双南研究员等人于1997年提出，经过哈佛史密松天体物理中心科研人员的多年努力发展，目前被公认为测量恒星级黑洞自旋的最可靠方法。  
所有恒星都在自转，因而就不是严格球形的，而是在两极处稍稍变干，于是一颗真实恒星的引力坍缩就不能由球对称的史瓦西解来精确地描述。实际上，恒星周围时空的几何将由于引力波的产生而变得相当复杂。
为什么引力波会扰乱几何呢？道理很简单：所有运动物质（例如一颗转动恒星）的引力场都随时间变化。因此，由引力造成的时空弯曲在每个时刻都会变化，以反映新的物质构造。这种再调节像一种“皱纹”，以光速在背景几何中传播。
球对称性最差的坍缩恒星发出最多的引力波。一旦视界形成，恒星坍缩成了黑洞，则情况立即简化。在视界形成的瞬间，其形状可能仍不规则，并表现出剧烈的振动，但在不到1秒钟之内引力波会抹去所有的不规则性。于是视界停止振动并成为单一的平滑的形状，即一个两极因离心力而变扁平的椭球面。
这就是为什么一颗规缩成黑洞的转动恒星的引力场会最终达到一个平衡状态，这个状态只依赖于两个参量，即质量和角动量，后者表征恒星的转动，类似于基本粒子的自旋。
爱因斯坦方程有一个只依赖于这两个参量的精确解。这个解由新西兰物理学家罗伊·克尔（RoyKerr）于1962年得到，描述的是转动黑洞的引力场。这个理论发现有着重要的天文学意义，其价值不亚于一种新基本粒子的发现。科学总是这样，理论与实验相互促进发展。
要注意的是，史瓦西几何描述的是一个球形物体的引力场，不论该物体是否处于静止；而克尔几何描述的只是一个最后的平衡态，它只适用于视界已经形成和所有的畸形都已被引力波扫除之后，而不能用于转动恒星
的实际坍缩过程。




克尔黑洞引力大吗
和不转动的史瓦西黑洞相比，转动的克尔黑洞的内部结构要复杂得多。它的奇点是一个平躺在赤道面上的圆环，而不再是一个点。如果宇航员穿过这个环就到达对面的区域，那里有一个白洞，它像一个弹射器，能把宇航员立即“发射”到有待发现的外部世界，即另一个宇宙中。另外，在克尔黑洞的真实视界边界以内还有着第二个视界（内视界）。这个球形面包围开“保护”着圆环状的奇点，内、外视界间的区域不受奇异性的影响（指从奇异环发出的信号不可能逃出内视界）。随着黑洞角动量的增大，内视界膨胀而外视界收缩，二者趋于重合。
克尔黑洞是怎样形成的
克尔黑洞球对称性最差的坍缩恒星发出最多的引力波。一旦视界形成，恒星坍缩成了黑洞，则情况立即简化。转动的克尔黑洞的内部结构复杂。它的奇点是一个平躺在赤道面上的圆环，而不再是一个点。如果宇航员穿过这个环就到达对面的区域，那里有一个白洞，它像一个弹射器，能把宇航员立即“发射”到有待发现的外部世界，即另一个宇宙中。
     
  
        
起初我和很多网友一样并不知道什么是克尔黑洞，直到前几天我无意中看到一篇几年前关于克尔黑洞的报道，报道上说美国华盛顿大学的物理学家协同法国学者成功模拟出克尔黑洞图像。与其复杂的理论模型不同，该图像令人惊讶的简单。
仔细看看这张整体模拟图像表面上确实很简单，形状很像一个早晨刚盛开的喇叭花，当然了这只是简单的模拟了黑洞的表象，正所谓透过现象看本质，不过这还需要一个漫长的过程来论证。
科学家模拟出克尔黑洞图片




据美国《每日科学》网站报道，美国华盛顿大学的物理学家协同法国学者成功模拟出克尔黑洞图像。与其复杂的理论模型不同，该图像令人惊讶的简单。这项成果不但有助于更好地理解克尔黑洞的构造与转动黑洞的引力场，还可将理论假说和图像相比较，促进理论的进一步完善。
    由于所有恒星都自转，其形状必不能成为严格的球形，因此亦不能由球对称的理论来描述。1963年，新西兰物理学家罗伊?克尔得到了能描述不带电旋转恒星的爱因斯坦引力场方程的解，这一理论对于天文学的意义，不亚于一种新基本粒子的发现，因他之名，由这类恒星坍缩形成的黑洞就叫克尔黑洞。
    克尔黑洞以恒常速度旋转，根据爱因斯坦引力场方程，一颗规缩成黑洞的转动恒星的引力场会最终达到一个平衡状态，这个状态只依赖于两个参量，即质量和角动量，后者代表恒星的旋转的速度，类似于基本粒子的自旋。
    一直以来，这类带有角动量的黑洞，被称之为自然界最完美的物体之一，其相关的守恒定律与理论假说在问世40年后仍然神秘莫测。而今模拟图显示：克尔黑洞首先是轴对称的，即绕对称轴转动，作短程线运动的试验粒子其能量是守恒的；同时其绕对称轴的角动量分量也守恒；另外其还允许试验粒子遵循第三个守恒定律；而在克尔黑洞中，所有的数理方程，包括支配引力波传播的一些方程，都可以分离变量，因而得到明确的解。
    研究人员可借由图像分析，在克尔黑洞环境中如何依据广义相对论来描述小质量黑洞绕大质量黑洞进行旋转的动作。同时，虽说图像的建立由理论模型而来，但研究人员仍希望，可视化的成果亦能对引力波天文学领域的理论起到或修正或补充的作用。