В теме "Что такое электрический заряд?"
http://dxdy.ru/topic62334-15.html возник вопрос о возможности раскручивания черной дыры аккрецирующей на нее материей до случая, когда у нее исчезает горизонт событий. Уважаемыми участниками были высказаны сомнения в возможности такого рода процессов:
Вроде нет. Аккреционный диск с достаточно большим отношением момента к массе будет разлетаться, а не падать.
Для ЧД Керра есть такой процесс: если вещество попадает в эргосферу, ещё над горизонтом, то часть вещества проваливается под горизонт, а часть вылетает обратно, унося повышенный момент импульса. То есть, ЧД Керра предпочитает терять момент импульса. ЧД Райсснера-Нордстрёма, полагаю, точно так же предпочитает терять заряд. Возможно, за счёт процесса испарения.
Я попробовал провести оценочный расчет процесса аккреции, способного раскрутить ЧД до критических значений. Выношу мой расчет на суд участников форума. Но сначала я отвечу на приведенные возражения. Ув. epros правильно заметил, что аккреционный диск с большим моментом фактически не будет приводить к аккреции на ЧД. Но я прошу понять, что я рассматриваю не столько реальный процесс аккреции, сколько некий модельный, в котором созданы соответствующие необходимые условия. Что это за условия я покажу ниже. Что же касается возражения ув. Munin-а то хочу заметить, что упоминаемый им процесс Пенроуза требует соответствующих условий и при реальной аккреции как правило этот процесс не идет. Я буду предполагать, что в предлагаемом мною модельном процессе аккреции никакого распада аккрецирующей материи внутри эргосферы с необходимыми направлениями импульса не происходит.
Керровская ЧД сильно отличается от ЧД Шварцшильда. В первую очередь это отличие касается формы сингулярности: в ЧД Шварцшильда это точка, а в ЧД Керра это кольцо нулевой толщины, лежащее в плоскости ортогональной оси вращения (экваториальной плоскости). Далее, кардинально меняется характер движения пробных частиц. Если в ЧД Шварцшильда частица пересекает горизонт событий, то ее судьба предрешена: она падает в сингулярность. В ЧД Керра все сложнее. Попадет частица в сингулярность или нет зависит еще и от ее первоначального направления движения: если частица двигалась в экваториальной плоскости и пересекла горизонт событий, то она падает в сингулярность, А вот если частица двигалась вне экваториальной плоскости (под углом к ней или выше/ниже ее) то даже пересекая горизонт событий она никогда не достигнет сингулярности. Т.е. такая частица не сможет передать свою массу/момент ЧД. Подробней почитать о свойствах ЧД Керра можно например здесь
http://www.astronet.ru/db/msg/1174703/kaufman-11/kaufman-11.htmlМетрика Керра имеет вид (в геометрической системе единиц
)
где
безразмерный параметр вращения (в обычных единицах),
- момент имульса ЧД, а
- ее масса. Если
, то мы имеем ЧД Шварцшильда. При
ЧД Керра называется подкритической, при
критической, а при
надкритической. Такое разделение связано с тем, что при
у ЧД Керра исчезает горизонт событий и сингулярность становится видимой внешним наблюдателям. При этом возникает неприятное явление нарушения причинности (существование замкнутых времениподобных линий). Пенроуз в 60-х предположил, что в Природе невозможны критические и надкритические ЧД Керра. Это предположение известно как "принцип космической цензуры Пенроуза". Доказательств на настоящее время оно не имеет.
При аккреции материи на ЧД растет как ее масса, так и ее момент импульса. Конечно, в общем случе процесс аккреции описывается уравнениями релятивисткой магнитогидродинамики. Но мы предположим, что темп аккреции достаточно мал. Это означает, что метрика Керра является хорошим приближением для метрики нашего пространства-времени (т.е. падающая материя является газом пробных частиц), а электромагнитными полями мы пренебрегаем. При таком предположении численное изменение темпа вращения ЧД можно характеризовать производной
или
Таким образом, вопрос о том может аккреция привести к исчезновению горизонта событий или нет сводится к соотношению производных
и
. И даже более того. Этот вопрос сводится к вопросу: какой максимальный момент импульса может передать аккрецирующая материя ЧД?
Вот тут и возникают те условия аккреции, о которых я говорил выше. Во-первых, аккреция должна идти в экваториальной плоскости ЧД Керра. Во-вторых, аккрецирующая материя должна иметь положительный момент импульс относительно ЧД, т.е. ускорять, а не замедлять ее. В третьих, ее скорость должна быть близкой к скорости света (ультрарелятивисткая материя). В четвертых, направление ее движения должно быть направлено по касательной к окружности с центром в ЧД, так что ее прицельный параметр (радиус окружности) совпадал с критическим прицельным параметром, при котором происходит гравитационный захват материи ЧД. Этот критический прицельный параметр приведен, например, в статье Дымниковой
http://ufn.ru/ru/articles/1986/3/a/ в УФН (формула (4.10))
Таким образом, предельный момент импульса аккрецирующей материи, переданный за единицу времени, равен
С учетом этого выражение для производной
примет вид
Во-первых, хочу обратить Ваше внимание на то что естественно
и при аккреции масса ЧД растет, т.е. также
. Во-вторых, можно проверить исследованием функции
что эта функция на отрезке
положительна. Т.е.
и
является монотонно возрастающей функцией со временем, по крайней мере до тех пор пока параметр вращения не достигнет критического значения. Математически, мы имеем относительно
дифференциальное уравнение первого порядка с разделяющимися переменными. Но поскольку интеграл, получающийся при решении этого уравнения, неэлементарен, то я поступлю наоборот: выражу зависимость массы от параметра вращения
Пусть в начальный момент времени ЧД не вращалась (т.е.
). Определим какую массу будет иметь ЧД когда
. Численным интегрированием находим
Т.е. ее масса возрастет примерно на 70%. По моему, физически все осмысленно.
Таким образом, я прихожу к заключению, что при подходящих физических условиях ЧД способна стать критической и потерять горизонт событий. Букв конечно вышло много и потому дочитавшим до конца я выражаю свою благодарность. Ну и прошу высказываться по сути вопроса.