我们如何知道黑洞正在旋转？

如何知道黑洞是否在旋转？

如果行星在旋转，您可以清楚地看到它，但实际上看不到黑洞。

接下来的事情是该物质与相邻物质发生相互作用，我们可以看到BH周围的物质在哪个方向旋转（例如，如果您在水上旋转一个球，周围的水也会在同一方向旋转），但是该物质无法相互作用从事件视界内部到外部，所以在事件视界中的物质将仅与重力相互作用（就像BH没有摩擦）。

现在重力。我认为如果大物体不是完全均匀，则可以测量重力差，但是我认为BH在所有方向上都具有相同的引力。

我在这里想念什么？如何甚至通过观察来检测或确定黑洞正在旋转，或者如何更好地测量黑洞的速度？

旋转物质的引力场或旋转的黑洞使周围的物质开始旋转。这被称为“ 框架拖动 ”或“重力磁性”，后一个名称来自这样的事实，即它与移动电荷的磁效应非常相似。引力磁场的存在与有限的引力有关，因此在牛顿引力中该引力是无限的，但它存在于广义相对论中，并且对于黑洞来说，它足够大，可以被检测到。

同样，出于纯粹理论上的原因，我们希望所有黑洞都在旋转，因为非旋转的黑洞与角速度正好为零的旋转黑洞相同，并且没有理由为什么黑洞的角速度将恰好零。相反，由于它们比坍塌产生它们的物质小得多，因此即使坍塌物质的随机随机小净角动量也会导致黑洞快速旋转。（对此的经典比喻是溜冰者拉入手臂时旋转得更快。）

最内侧的稳定圆形轨道根据旋转速度而不同。吸积盘伸入ISCO，因此会产生可观察到的变化。从超大质量黑洞的旋转：

$a=1$$r_{isco}=M$$r_{isco}$$r_{isco}=6M$$a=0$$r=9M$$a=−1$

$a$

黑洞的引力场取决于其质量和自旋。这有许多明显的后果：

• 如安德斯·桑德伯格（Anders Sandberg）的答案所述，黑洞（ISCO）周围有一个最小的圆形轨道，其半径取决于黑洞的旋转。因此，如果您看到物质在吸积盘上的黑洞中旋转，则内部边缘将在旋转上给出下限。
• 当两个黑洞合并时，生成的物体通过振荡并发射引力波而沉降下来，该引力波的特征频率和衰减率取决于最终黑洞的质量和自旋。对于大声合并（例如GW150914），可以测量所谓的振铃衰减，从而直接测量形成的黑洞的质量和旋转。
• 在这样的合并之前，各个黑洞的自旋将影响吸气的演化方式，这会烙印在观察到的重力波形上。通过将观察到的波形与不同自旋的理论预期模板进行比较，可以（尝试）测量合并的黑洞的自旋。（因此，大多数观察到的（已发布的）合并都可能与两个BH都非旋转一致。）
• 黑洞的旋转也会影响其偏转光的方式。因此，可以使用事件视界望远镜拍摄的黑洞阴影图片确定黑洞的旋转（如果碰巧以直角查看）。

正如罗里评论中提到的那样，太空中的物体必须在某个时间点获得旋转。任何物体都具有重力，并且旋转速度为零时，一旦与另一个物体接触，旋转就不会旋转。

虽然这是真的，但不太可能，但是它可能会被另一个恰好抵消了旋转的物体撞击，只是另一个物体出现只是时间问题，因此，太空中的物体旋转的可能性要大得多。

例如，请参阅SXS协作视频：“ 二进制黑洞GW151226的启发与合并 ”：

角动量等于线性动量和守恒量的旋转等效量 -封闭系统的总角动量保持恒定。密度越大，物体旋转越快，以保持其角动量。

对于寻求更多信息的人，我将提供以下参考：

• “ 使用雅典娜X射线积分场单元推断AGN中的黑洞自旋并探测增生/射流”（2019年6月6日），作者Didier Barret（IRAP）和Massimo Cappi（INAF-OAS）：

  “ 上下文。活动星系核（AGN）显示其表现出各种发射和吸收特征，其通常解释为相对论涂抹反射组分i）的组合复杂的X射线谱中，从吸积盘的由照射所得紧凑的硬X射线源，ii）由AGN驱动的流经我们视线产生的一个或多个暖/电离吸收分量，以及iii）由较远距离的材料产生的非相对论反射分量。嵌合因此可以用于约束黑洞自旋，几何形状和吸积流的特性，以及作为黑色孔的外流和周围环境的。
  宗旨。我们研究如何在灯柱几何配置中使用最新的反射模型relxill，将高通量高分辨率X射线光谱仪（如Athena X射线积分场单元（X-IFU））用于此目标。
  方法。我们模拟了代表性的AGN光谱样本，包括所有必要的模型复杂性，以及从标准值到更极端值的一系列模型参数，并考虑了代表已知AGN和类星体（QSOs）种群的X射线通量。我们还提出了一种估计与X-IFU校准不确定性相关的系统误差的方法。
  结果$_g$
  。此处提供的仿真证明X-IFU了解黑洞是如何被供电以及它们如何塑造其宿主星系的潜力。得益于X-IFU分离和约束，窄和宽，发射和吸收成分的独特能力，可以达到恢复其X射线发射中编码的物理模型参数的准确性。”

• 克里斯托弗·雷诺兹（Christopher S. Reynolds）的“ 观察黑洞旋转 ”（2019年3月27日）：

  “ ...黑洞是自然界最简单的物体，仅由其电荷（在现实的天体物理环境中被中和为零），质量和角动量来定义。

  ...

  在这篇评论中，我将调查黑洞自旋测量的当前状态和未来前景。在过去的20年中的大部分时间里，自旋的定量度量一直是X射线天文学的研究领域，随着数据质量的提高，这些技术也在不断完善。随着最近引力波天文学的出现，我们现在有了一个关于旋转黑洞的全新且互补的窗口。此外，我们站在另一个重大突破的门槛上，即通过全球毫米波段超长基线干涉测量法（又称为事件地平线望远镜（EHT））对事件地平线的阴影进行直接成像。我们正在真正进入研究黑洞物理学和黑洞自旋的黄金时代。

  ...

  
  $M$$J$$a = cJ/GM^2$$c$$G$$M$$a$
  $|a| > 1$

  第3页：

  
  图1：Kerr黑洞赤道平面内某些特殊轨道的位置与自旋参数的关系。此处显示的是最里面的稳定圆形轨道（红线），光子圆形轨道（蓝线），静态极限（白色虚线）和事件范围（以灰色阴影为界）。正/负自旋参数分别对应于相对于轨道运行的物质（或光子）进行正反转的自旋。垂直的红色虚线将前进和后退分开。圆形轨道在最内层稳定轨道之外是稳定的，但在该半径范围内（以浅红色阴影表示的区域）变得不稳定。圆形轨道不存在于光子圆形轨道的内部（实心红色阴影表示的区域）。为了具体起见，假定黑洞质量为10太阳。使用线性比例可以获得其他质量的半径。

思考黑洞外的引力场的一种方式是，它是一种化石或冰冻的印象。它反映了当物质“锁定”在事件视界内时在黑洞中形成/掉落的物质的重力，因此无法影响外界任何事物，包括引力场。

如果该阶段的物质具有净角动量，则黑洞外的引力场将不同。在数学上，它是由爱因斯坦方程式的Kerr解而不是Schwarzschild解来描述的。这种差异可以通过多种方式观察到，例如光或黑洞附近物质的行为。