Черная дыра или почти сколлапсировавшая материя с большим спином?

[PSR1257]

Такой вопрос.

Пусть материя коллапсирует гравитационно но также обладает высоким моментом вращения. Если момент достаточно велик то возможно(?) состояние когда материя не сформирует Горизонт но тем не менее создаст очень сильное гравитационное поле.

Внешне это будет? выглядеть как ЧД Керра - тот же аккрецирующий диск, почти такая? же деформация пространства.

Можно ли как-то по внешним наблюдениям различить такую материю и "настоящую" ЧД?

Спасибо за возможные ответы.

[Геннадий_Зубков]

Занятная ситуация. Чем сильнее вращение,тем больше потеря вещества,а значит уменьшения центральной нейтронной звезды в радиусе,моменте вращения M=mvr=const ,гравитации. Выглядеть будет,как галактика с рукавами. Ведь общий радиус области,где есть вещество,увеличивается,общая масса не изменяется. Значит общая средняя орбитальная скорость всех частиц будет уменьшаться. Внешние слои будут (?) отставать от внутренних.

[Geen]

Пусть материя коллапсирует гравитационно но также обладает высоким моментом вращения. Если момент достаточно велик то возможно(?) состояние когда материя не сформирует Горизонт но тем не менее создаст очень сильное гравитационное поле.

Такое состояние будет неустойчиво - малые возмущения будут приводить к отзыву "кусков материи" и потере момента импульса.

[-Юрий-]

Пусть материя коллапсирует гравитационно но также обладает высоким моментом вращения.

Вряд ли такое бывает. Очень быстрое вращение как раз получается в результате коллапса Звезды и её взрыва как Сверхновой. Но и то врещение может быть, а может и не быть. Дело случая. При гравитационном формировании тел из облака газа и пыли возникает вращательный момент, но не такой уж значительный, чтобы разносил материю во вне. Все галактики и солнечные системы таким образом формировались, но ни одна из них не разлетелась от центробежных сил. А есть звёздные скопления (галактики), которые вообще не вращаются и имеют вид не сплющенный, а шарообразный. Они так и называются "шаровые скопления".

[LV46]

Если момент достаточно велик то возможно(?) состояние когда материя не сформирует Горизонт но тем не менее создаст очень сильное гравитационное поле.

Если массы будет достаточно, то без разницы какое мыслимое вращение будет - материя сколлапсирует в ЧД.
И вообще, Горизонт - это воображаемая граница, посчитанная для с, как для второй космической скорости. Как такового его и так не существует.

[PSR1257]

уменьшения центральной нейтронной звезды в радиусе,моменте вращения M=mvr=const ,гравитации

Первоначально я полагал что-то вроде сжимающейся сферы, быстро вращающейся. Однако тут есть очень интересный момент! - сверхтяжелая нейтронная звезда. Т.е. масса такой звезды больше предела Чандрасеккара но из-за вращения она не образует горизонт - интересно, такое возможно?..

Такое состояние будет неустойчиво - малые возмущения будут приводить к отзыву "кусков материи" и потере момента импульса.

А что Вы можете сказать о заряженной материи но без момента (J=0)? Т.е. что-то вроде квази-ЧД, но коллапс материи остановлен э/м полем без образования горизонта?

Вряд ли такое бывает. Очень быстрое вращение как раз получается в результате коллапса Звезды и её взрыва как Сверхновой.

Изначально была идея что коллапс массивных звезд (для которых полагают неизбежным образование ЧД) может? закончиться не классической ЧД, а вот такой аномально вращающейся материей, "издалека" обладающей (почти) свойствами ЧД.

Если массы будет достаточно, то без разницы какое мыслимое вращение будет - материя сколлапсирует в ЧД.

Если ЧД имеет вращение то она имеет внутренний (второй) горизонт где гравитацию уравнивает вращение и нет точечной сингулярности. Отсюда и возможно? предположить что и до формирования горизонта вращение может сыграть критичную роль.

[-Юрий-]

Изначально была идея что коллапс массивных звезд (для которых полагают неизбежным образование ЧД) может? закончиться не классической ЧД, а вот такой аномально вращающейся материей, "издалека" обладающей (почти) свойствами ЧД.

Так бы сразу и написали, а то непонятно в вопросе было о чём конкретно речь. При коллапсе массивных звёзд результаты разные бывают, зависит от массы вещества. Чёрная дыра образуется при взрыве ну о-очень больших звёзд. Такая одна на галактику может быть, в центре, где находится наибольшее количество водорода, которое и образует эту сверхмассивную звезду.
А что значит "обладающая почти свойствами ЧД"? У ЧД только одно уникальное свойство, отличающее её от других объектов - это её невидимость из-за невозможности света оторваться от неё. А обладать "почти свойствами" это быть наполовину видимой что ли?

[PSR1257]

Такая одна на галактику может быть, в центре, где находится наибольшее количество водорода, которое и образует эту сверхмассивную звезду.

Полагают что из коллапса достаточно массивных звезд (~30-50 масс Солнца) образуются именно ЧД звездных масс (~6 масс Солнца или больше). См. например Cygnus X-1 (Лебедь X-1).

А что значит "обладающая почти свойствами ЧД"? У ЧД только одно уникальное свойство, отличающее её от других объектов - это её невидимость из-за невозможности света оторваться от неё. А обладать "почти свойствами" это быть наполовину видимой что ли?

Для нас (наблюдателей) сам горизонт даже теоретически не виден, поэтому пытаются смотреть что в окрестностях ЧД - там, где гравитация существенно отлична от Ньютона.
В частности - так называемые аккреционные диски (материя, падающая в ЧД и закручивающаяся в диск с выделением излучения в рентгене ~ грубо), их расположение ~3-100 rg (гравитационных радиусов). Размер этих дисков, период вращения материи - параметры, определяемые полем вращающейся ЧД. Вопрос - может ли вращающаяся материя, не ушедшая (сформировавшая) горизонт, имитировать поле на, скажем расстояниях >= 3rg?

[LV46]

Если ЧД имеет вращение то она имеет внутренний (второй) горизонт где гравитацию уравнивает вращение и нет точечной сингулярности.

Не знаю ни про какой "второй горизонт", просветите.
В ЧД гравитацию ничто не "уравнивает", гравитация доминирует. И над вращением тоже.
Тем более коллапс проходит, как это называют "катастрофически", то есть очень быстро и ни материя, ни ее вращение не успевают повлиять на конечный результат - образование ЧД. Ну а коль ЧД уже образовалась, то уже ничто, в том числе вращение не приведёт к потере ЧД материи. (Кроме знаменитого излучения Хокинга.)

[PSR1257]

Ну а коль ЧД уже образовалась, то уже ничто, в том числе вращение не приведёт к потере ЧД материи.

Разумеется. Идея в том, что вращение может? остановить материю от коллапса (образования Горизонта).

Не знаю ни про какой "второй горизонт", просветите.

В рамках решения Керра для ЧД обладающей вращательным моментом есть два решения для Горизонта - это внешний и внутренний (грубо корень +-a^2, ~горизонт Коши). Я не теоретик (есть много описаний, это достаточно известная вещь), но качественно - в рамках ОТО вращение влияет на гравитацию и в данном случае работает как бы против притяжения. Внутри ЧД от этого второго горизонта и до центра пространство становится опять "нормальным" т.е. нет неизбежного падения в сингулярность.

Впрочем про внутренности ЧД это практически чистая теория, в данном случае для нас "видно" только то, что вне "внешнего" горизонта. Есть к примеру такой параметр как Innermost Last Stable Orbit (наименьшая стабильная орбита вокруг ЧД) - фотон начиная с этой орбиты (меньше) начинает неизбежно падать на горизонт. Этот параметр определяет размер аккреционного диска ЧД который собственно и виден в экспериментах.

Так вот, если ЧД без вращения то эта орбита 6rg, однако с появлением вращения она уменьшается - вещество может иметь меньшие стабильные орбиты если есть вращение.

[LV46]

Идея в том, что вращение может? остановить материю от коллапса (образования Горизонта).

Таких примеров-то и нет сверхбыстровращающегося газа или даже в целом звезды. Вращение, оно - не изначально, а возникает как раз вследствии коллапса. Подтверждение тому - пульсары. Звезда вращалась с обычной скоростью, а при коллапсе образовывается быстровращающийся пульсар. Ну или в нашем случае ЧД.

Так вот, если ЧД без вращения то эта орбита 6rg, однако с появлением вращения она уменьшается - вещество может иметь меньшие стабильные орбиты если есть вращение.

Интересно, каким образом вращение ЧД "поможет" фотону находиться на более низкой стабильной орбите, чем Innermost Last Stable Orbit?

[PSR1257]

Звезда вращалась с обычной скоростью, а при коллапсе образовывается быстровращающийся пульсар. Ну или в нашем случае ЧД.

Есть как минимум два механизма сообщения вращения ЧД - начальный момент коллапсирующего вещества и аккреция уже на ЧД. В случае коллапса звезды вещество имеет начальный момент и он (по видимому) частично переходит к конечному продукту - ЧД или НЗ. Я видел как минимум одну работу по ЧД звездной массы - это Cygnus X-1 - оценка момента для нее ~0.9 (от максимально теоретически возможного для ЧД). Можно предположить что существенная доля начального момента звезды переходит к конечному продукту - вопрос может ли это вообще остановить коллапс от формирования горизонта?

Интересно, каким образом вращение ЧД "поможет" фотону находиться на более низкой стабильной орбите, чем Innermost Last Stable Orbit?

Опять-таки качественно - в уравнение гравитации ОТО Эйнштейна помимо масс входят такие величины как давление или заряд (ну и вращательный момент). В более простом случае коллапса заряженного вещества также образуется особенность в виде внутреннего горизонта - сжимающееся заряженное вещество также порождает увеличение статического электрического поля. (Грубо, лучше почитать соответствующую литературу).

В частности, для сверхмассивной ЧД в центре нашей Галактики - по измерениям периодичности излучения можно оценить период вращения вещества (~размер наименьшей стабильной орбиты) - так вот, если для ЧД Шварцшильда (те ЧД без вращения) посчитать этот параметр (масса считается известной из наблюдения звезд), то он получается существенно большим чем наблюдения - таким образом делается вывод что ЧД (Sagittarius A) обладает существенным вращением.

[Geen]

фотон начиная с этой орбиты (меньше) начинает неизбежно падать на горизонт.

Нет. Фотонные орбиты всегда нестабильны (лежат внутри минимальных стабильных орбит).

[Geen]

Идея в том, что вращение может? остановить материю от коллапса (образования Горизонта).

Нет, не получается - во-первых сброс вещества с избыточным моментом/зарядом, во-вторых захват вещества с противоположным моментом/зарядом сильно доминирует.

[VladTK]

Нет, не получается - во-первых сброс вещества с избыточным моментом/зарядом, во-вторых захват вещества с противоположным моментом/зарядом сильно доминирует.

Если с захватом заряженного вещества вопросов нет, то с веществом с противоположным моментом вопросы есть. Вроде как в наблюдаемых кандидатах в ЧД их аккреционные диски вращаются в ту же сторону что и сами ЧД. Т.е. имеют тот же знак момента что и сама ЧД. Учитывая, что основная масса аккрецирующего вещества попадает в ЧД из этих дисков (остальное вещество по-видимому выносится давлением излучения внутренних областей дисков и не попадает в ЧД), отсюда следует что момент ЧД как правило растет со временем. Но отсюда не следует, что этот рост продолжается до бесконечности. Расчеты показывают, что при Керровском параметре примерно a=0.918 наступает "насыщение" и дальнейший рост момента ЧД прекращается. Такая ЧД частично отталкивает влетающее в нее вещество и аккреция существенно сокращается. Это такой мой вольный пересказ книжки Риса, Руффини, Уиллера (1974) "Черные дыры, гравитационные волны и космология", параграф 5.5 "Вращение и геометрия Керра".

[PSR1257]

Нет, не получается - во-первых сброс вещества с избыточным моментом/зарядом, во-вторых захват вещества с противоположным моментом/зарядом сильно доминирует.

Если можно, давайте рассмотрим следующие простые сценарии:

0) Пылевое облако с нулевым вращательным моментом J=0, коллапсирует (материи/конфигурации достаточно) в ЧД Шварцшильда (понятно);
1) Добавляем J пылинкам. Какова доля J которую пыль способна ~унести с собой (возможно, неточная формулировка - унести в эргосферу?) за Горизонт?
2) Каков максимально возможный момент Jчд, приобретаемый ЧД (если начальный J может быть очень большим)? Это тот самый предел, рассчитанный Уиллером (>~0.9)?
3) Существует ли такой J при котором коллапс невозможен (собственно, я это и спрашивал)? Получается, что любой сколь угодно большой момент J будет рассеян? (до предела в п.2?)
4) Каковы пространственно-временные характеристики рассеяния большого момента в п.3? Может ли быть так, что процесс рассеяния происходит близко к будущему Горизонту (скажем, <10rg) и для внешнего наблюдателя протекает очень медленно из-за ~гравитационного красного смещения?

Спасибо.

[-Юрий-]

Даже гадать нечего. Существуют нейтронные звёзды с огромной скоростью вращения, а вещество их из-за центробежной силы не только не улетучивается, но даже сама звезда не особенно плющится. А в Чёрной дыре, обладающей гораздо большей гравитацией, и подавно центробежная сила по сравнению с гравитацией ничтожна и никак не будет препятствовать сжатию.

[LV46]

2) Каков максимально возможный момент Jчд

Сдаётся мне, что если принять ЧД за сферу, то максимальный момент будет равняться точке на экваторе движущейся со скоростью близкой к с. Возможно я и не прав.

[Geen]

Это такой мой вольный пересказ книжки Риса, Руффини, Уиллера (1974) "Черные дыры, гравитационные волны и космология", параграф 5.5 "Вращение и геометрия Керра".

Вы же, помнится, пытались это смоделировать?

[Geen]

Если можно, давайте рассмотрим следующие простые сценарии

А почемы Вы решили, что это простые сценарии?
Любой из них требует очень сложных расчётов, а результат сильно зависит от неупомянутых начальных данных...