什么是旋转的黑洞?

我们知道,太阳有自己的自转方向,地球除了自转外还围绕太阳转。黑洞具有极强的吸纳力,那么黑洞是静止不动地吸纳这周围的物质呢,还是按照一定的方向运动呢?研究发现,宇宙中的黑洞是极为神秘的,是由一定质量的恒星发生引力坍缩而形成的致密天体,通常都会进行旋转。有时候是两个黑洞相互围绕着旋转,这种情况下各种宇宙物理环境就显得非常复杂。

旋转黑洞又称克尔黑洞,它有两个视界和两个无限红移面,而且这四个面并不重合。黑洞很庞大,但是也有边界。视界就是黑洞的边界,也就是指任何物质(经典物理范围内)都无法逃脱的边界。无限红移面是指光在这个面上发生无限红移,即光从一个边界射出后发生引力红移,红移后的频率为零。

克尔黑洞不像施瓦西黑洞和带电黑洞的视界和无限红移面那样是重合的,两个无限红移面分别在内视界内部和外视界外部,它们与视界所围成的空间分别称为内能层和外能层。外能层不属于克尔黑洞,只能算作黑洞的附属部分。它们组合很像我们常见的鸡蛋,克尔黑洞是蛋黄,外能层是外面包围的一圈蛋清。

在一定条件下,外能层中的物质可能穿出无限红移面进入外部世界。在特定条件下,能量较低的粒子穿入能层后,可能从能层中获得能量,穿出时有较高的能量。这就是彭若斯过程。反复操作这个过程,可以提取黑洞的能量,使能层变薄。黑洞的转动动能靠的就是这些能量。然而,当能层越来越薄之后,黑洞旋转的动能也就会随之减少了。直到当能层消失后,克尔黑洞就会退化为不旋转的施瓦西黑洞,也就不能再继续以这种方式提取能量了。

黑洞旋转的效应是一个非常重要的现象,侧向运动形成的强大能量喷流,部分的动能来自黑洞的转动时产生的能量,这好比是台球桌上利用旋转产生的能量去击打另一个球一样。而黑洞旋转与侧向运动产生的能量之间并不互为反作用,其是一个连续递进的过程,其结果就是让能量喷射流远离黑洞。

当黑洞旋转速度越来越快时,内外视界就有可能合二为一,我们称其为极端克尔黑洞。当旋转速度再增加一点,视界消失,奇环裸露在外面。这与彭若斯的宇宙监督假设矛盾。这样看来,黑洞的旋转速度是有限制的。当外部飞船飞入克尔黑洞时,会不可抗拒地穿过内外视界间的区域,进入内视界内部后可以在其中运动而不一定落在奇环上。飞船可以从这里进入其他宇宙,从另一个宇宙的白洞出来。这就是克尔黑洞预言的可穿越虫洞。然而,宇宙监督认为内视界内部区域不稳定,飞船可能还没有到达这个区域就已经撞向奇环了。因此宇宙监督不仅不允许我们的宇宙受奇异性的干扰,似乎也封住了一切可穿越虫洞的入口,不允许我们去发现另一个宇宙。

杨百翰大学教授大卫尼尔森介绍说:黑洞就像一个宇宙中超级发电机,其不仅具有较大的角动量进行高速自转,也存在极为强大的磁场,当这两者相作用时,黑洞高速旋转效应所产生的电磁张力会将自身的磁力线拉动并扭曲,这个过程将释放出强烈的辐射和巨大的能量。比如,位于银河系人马座A极有可能就是一个超大质量黑洞,其所产生的强大高能喷流辐射足以影响到100万光年之外的宇宙空间。

科学家们观测到代号为GROJ1655-40的旋转黑洞附近的时空受到黑洞影响发生的凹陷现象,这将有助于科学家们测量黑洞的质量和旋转,从而完整地描述黑洞。