Un agujero negro giratorio es un agujero negro que posee un momento angular . En particular, gira alrededor de uno de sus ejes de simetría.
Todos los objetos celestes ( planetas , estrellas ( Sol ), galaxias , agujeros negros) giran. [1] [2] [3]
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Existen cuatro soluciones conocidas y exactas de agujeros negros para las ecuaciones de campo de Einstein , que describen la gravedad en la relatividad general . Dos de ellas son rotatorias: los agujeros negros de Kerr y Kerr-Newman. En general, se cree que todos los agujeros negros se desintegran rápidamente en agujeros negros estables y, según el teorema de ausencia de pelos , (excepto las fluctuaciones cuánticas) los agujeros negros estables pueden describirse completamente en cualquier momento mediante estos 11 números:
Estos números representan los atributos conservados de un objeto, que pueden determinarse a distancia examinando sus campos electromagnéticos y gravitacionales. Todas las demás variaciones en el agujero negro escaparán al infinito o serán absorbidas por el agujero negro. Esto se debe a que cualquier cosa que suceda dentro del horizonte del agujero negro no puede afectar a los eventos que ocurren fuera de él.
En términos de estas propiedades, los cuatro tipos de agujeros negros pueden definirse de la siguiente manera:
Cabe señalar que se espera que los agujeros negros astrofísicos tengan un momento angular distinto de cero, debido a su formación a través del colapso de objetos estelares en rotación, pero una carga efectiva cero, ya que cualquier carga neta atraerá rápidamente la carga opuesta y se neutralizará. Por esta razón, el término agujero negro "astrofísico" generalmente se reserva para el agujero negro de Kerr. [5]
Los agujeros negros giratorios se forman en el colapso gravitacional de una estrella masiva que gira o a partir del colapso o colisión de un conjunto de objetos compactos, estrellas o gas con un momento angular total distinto de cero. Como todas las estrellas conocidas giran y las colisiones realistas tienen un momento angular distinto de cero, se espera que todos los agujeros negros de la naturaleza sean agujeros negros giratorios. [1] [2] Dado que los objetos astronómicos observados no poseen una carga eléctrica neta apreciable, solo la solución de Kerr tiene relevancia astrofísica.
A finales de 2006, los astrónomos publicaron en The Astrophysical Journal estimaciones de la velocidad de rotación de los agujeros negros . Un agujero negro de la Vía Láctea, GRS 1915+105 , puede rotar 1.150 veces por segundo, [6] acercándose al límite superior teórico.
Se cree que la formación de un agujero negro giratorio por un colapsar se observa como la emisión de explosiones de rayos gamma .
Un agujero negro giratorio puede producir grandes cantidades de energía a expensas de su energía rotacional. [7] [8] Esto puede suceder a través del proceso de Penrose dentro de la ergosfera del agujero negro , en el volumen fuera de su horizonte de eventos. [9] En algunos casos de extracción de energía, un agujero negro giratorio puede reducirse gradualmente a un agujero negro de Schwarzschild, la configuración mínima de la que no se puede extraer más energía, aunque la velocidad de rotación del agujero negro de Kerr nunca llegará a cero. [10]
Un agujero negro en rotación es una solución de la ecuación de campo de Einstein . Existen dos soluciones exactas conocidas, la métrica de Kerr y la métrica de Kerr-Newman , que se cree que son representativas de todas las soluciones de agujeros negros en rotación, en la región exterior.
En las proximidades de un agujero negro, el espacio se curva tanto que los rayos de luz se desvían, y la luz muy cercana puede desviarse tanto que viaja varias veces alrededor del agujero negro. Por lo tanto, cuando observamos una galaxia de fondo distante (o algún otro cuerpo celeste), podemos tener la suerte de ver la misma imagen de la galaxia varias veces, aunque cada vez más distorsionada. [11] En 2021 se publicó una descripción matemática completa de cómo se curva la luz alrededor del plano ecuatorial de un agujero negro de Kerr. [12]
En 2022, se demostró matemáticamente que el equilibrio encontrado por Roy Kerr en 1963 era estable y, por lo tanto, los agujeros negros, que eran la solución a la ecuación de Einstein de 1915, eran estables. [13]
Los agujeros negros giratorios tienen dos estados de temperatura en los que pueden existir: calentamiento (pérdida de energía) y enfriamiento. [14]
Los agujeros negros de Kerr aparecen ampliamente en la novela visual de 2009 Steins;Gate (también serie de televisión / manga ), por sus posibilidades en los viajes en el tiempo . [15] Sin embargo, estos se magnifican en gran medida con el propósito de contar historias. Los agujeros negros de Kerr también son clave para el proyecto "Swan Song" de Joe Davis . [16] [17] También son un elemento clave en la película Interstellar de 2014 .