克尔黑洞怎么形成的
克尔黑洞是宇宙中最极端的黑洞，你知道克尔黑洞是怎么形成的?我在此整理了克尔黑洞形成原因，供大家参阅，希望大家在阅读过程中有所收获! 克尔黑洞形成原因 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。 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。 已知最大的黑洞 天文学家最新观测发现小型星系竟包含着一个超大质量黑洞，其质量是太阳的170亿倍。天文学家也没有线索证实这一奇怪现象。 天文学家发现一个超级质量黑洞，所在NGC 1277星系中心膨胀区域59%恒星质量都聚集在黑洞中，这项发现进一步增添了星系与黑洞之间关系的神秘性。 位于英仙座星系群的小型星系NGC 1277距离地球2.5亿光年，这个处在其内部的黑洞质量竟然达到太阳质量的170亿倍。相比之下，银河系中心的超大质量黑洞就是小巫见大巫了，它仅是太阳质量的400万倍。 普通黑洞仅占星系膨胀区域的0.1%质量，在此之前观测到拥有最大比例质量黑洞的星系是NCG 4486B，它的黑洞质量占星系的11%。而当前发现NGC 1277星系的神秘巨型黑洞仍是一个谜团，德国马克思-普朗克天文研究所的天文学家雷姆科-范德-博世说：“我们并未想到宇宙中会存在如此巨大的黑洞，我们进一步揭开其中的秘密，并掌握类似的星系在宇宙中如何形成，以及存在的普遍性。” NGC 1277星系可能并不是唯一的，天文学家正在研究多个类似情况的星系，它们可能蕴藏着不成比例的大型黑洞。
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。
