Turniĝanta nigra truo

Turniĝanta nigra truo estas nigra truo kiu havas ne nulan angulan movokvanton.

Nigra truo povas nur havi tri fundamentajn propraĵojn: mason M, elektran ŝargon Q kaj angulan movokvanton (spinon) J.

Turniĝantaj nigraj truoj estas formita en la gravita kolapso de pezaj spinantaj, steloj aŭ de kolapso de kolekto de steloj kun averaĝa ne-nula angula movokvanto. Ĉar plejparto de steloj turniĝas oni atendas ke plejparto de nigraj truoj en naturo estas turniĝantaj nigraj truoj. En komenco de 2006, astronomiistoj raportis pri reala spino de nigraj truoj en Astrofizika Ĵurnalo. Nigra truo en la Lakta vojo GRS 1915+105 povas turniĝi je rapido de 1150 turnoj en sekundo, proksimiĝante la teorian supran limigon.

Turniĝanta nigra truo povas eligi grandan kvanton de energio elspezante sian turnan energion. Tiel turniĝanta nigra truo pomalmulte iĝas neturniĝantan nigran truon de Schwarzschild, la minimuman konfiguron de kiu plu ne eblas eligi energion (krom vaporiĝo de nigra truo).

Spacotrenado

Nigra truo ĝenerale estas ĉirkaŭbarita per sfera surfaco, la eventa horizonto lokigita je la radiuso de Schwarzschild de la centro, kie la liberiga rapido estas egala al rapido de lumo. Pli ene de ĉi tiu surfaco, rigardanto/partiklo ne povas esti je konstanta radiuso, ĝi devas fali enen, do ĉi tiu surfaco estas iam nomita kiel la statika limigo.

Trenregiono de turniĝanta nigra truo. Estas du gravaj surfacoj ĉirkaŭ turniĝanta nigra truo. La ena sfero estas la statika limigo (la eventa horizonto). Ĝi estas la ena rando de regiono nomita kiel la trenregiono. La ovala surfaco, tuŝanta la eventan horizonton je la polusoj estas la ekstera rando de la trenregiono. En la trenregiono partiklo estas igita (per trenado de spaco kaj tempo) turniĝi kaj povas gajni energion de la turna energio de la nigra truo (procezo de Penrose).

Turniĝanta nigra truo havas la saman statikan limigon je la radiuso de Schwarzschild sed estas aldona surfaco ekster la radiuso de Schwarzschild nomita kiel trensurfaco donita per $(r-GM)^{2}=G^{2}M^{2}-J^{2}\cos ^{2}\theta$ en koordinatoj de Boyer-Lindquist, kiu povas esti karakterizita kiel surfaco sur kie "la turna rapido de la ĉirkaŭbaranta spaco" egalas al rapido de lumo. En ĉi tiu regiono la trenado estas pli rapida ol lumrapideco. Do en ĉi tiu regiono, rigardanto/partiklo ne povas esti ne-turniĝanta, sed estas iĝita turniĝi kun la nigra truo.

Partikloj falantaj en la trenregionon estas igitaj turniĝi pli rapide kaj per tio gajnas energion. Ĉar ili estas ankoraŭ ekster la eventa horizonto, ili povas eskapi de la nigra truo. La ebleco de eligo de spina energio de turniĝanta nigra truo estis unue proponita de matematikisto Roger Penrose en 1969 kaj estas tial nomita kiel procezo de Penrose. Turniĝantaj nigraj truoj en astrofiziko estas potenciala fonto de grandaj kvantoj de energio kaj ili estas ebla kaŭzo de energiaj fenomenoj, tiaj kiel gama-radiaj krevoj.

Metrikoj de Kerr kaj Kerr-Newman

Turniĝanta nigra truo estas solvaĵo de ejnŝtejna kampa ekvacio. Ĉi tiu solvaĵo de la akso-simetria metriko de spactempo asociita kun punkta masa havanta angulan movokvanton kaj vakuo ekstere estis ricevita de Roy Kerr en 1963 kaj estas nomata kiel metriko de Kerr. En 1965, Ezra T. Newman trovis la akso-simetria solvaĵo por ejnŝtejna kampa ekvacio por nigra truo kiu estas kaj turnanta kaj elektre ŝargita. Ĉi tiu solvaĵo estas nomita la metriko de Kerr-Newman. Nigra truo kun ŝargo kaj spino havas la saman spinomagnetan rilatumon kiel elektrono. Ĝia magneta momanto dividita per angula movokvanto estas egala al ĝia ŝargo dividita per maso.

La metrikoj de Kerr kaj Kerr-Newman estas validaj solvaĵoj al ejnŝtejnaj kampaj ekvacioj, sed la ena regiono de la solvaĵo ŝajnas ke estas malstabila (Penrose 1968).

Partaj solvaĵoj de ejnŝtejna kampa ekvacio de nigra truo:

	Ne turniĝanta ($J=0$)	Turniĝanta ($J\neq 0$)
Neŝargita ($Q=0$)	Metriko de Schwarzschild	Metriko de Kerr
Ŝargita ($Q\neq 0$)	Nigra truo de Reissner-Nordström	Metriko de Kerr-Newman

Figuro de Penrose por la metriko de Kerr: objekto vojaĝanta sur mondolinio B povas eliĝi el la spinanta nigra truo.