Koiko brzo crna rupa može da rotira? Dok bi prebrza rotacija običnog objekta dovela do njegovog raspadanja, crne rupe imaju teorijsku granicu rotacije, opisanu Kerrovim rešenjem Ajnštajnove opšte teorije relativnosti. Ovo rešenje predviđa neobične fenomene, poput deformacije prostor-vremena i stvaranja ergosfere.

Umetnička ilustracija koja prikazuje akrecioni disk normalne materije koja se vrtloži oko crne rupe, sa mlazevima koji izviru sa polova. Robert Hert, NASA/JPL-Caltech

Prema teoriji opšte relativnosti, crne rupe mogu posedovati rotaciju, a takve se nazivaju Kerrove crne rupe, za razliku od nerotirajućih Schwarzschildovih crnih rupa. Većina crnih rupa u svemiru verovatno su Kerrove jer nastaju iz zvezda koje rotiraju, dok su Schwarzschildove crne rupe idealizovan model bez rotacije.

Rotacija uzrokuje deformaciju prostor-vremena oko crne rupe, stvarajući oblast zvanu ergosfera. Ovo je region izvan horizonta događaja gde ništa ne može ostati statično jer prostor-vreme "vuče" objekte zajedno sa rotacijom crne rupe.

Rotirajuće crne rupe imaju dva horizonta događaja: unutrašnji (Cauchyjev horizont) i spoljašnji. U slučaju ekstremno brze rotacije, unutrašnji i spoljašnji horizont događaja mogu se teoretski spojiti, ali ovo predstavlja granični slučaj poznat kao ekstremna Kerrova crna rupa.

Akrecioni disk: Moćan izvor energije

Materija koja pada ka crnoj rupi formira rotirajući disk zbog jake gravitacije. Trenje u disku zagreva materiju, emitujući visokoenergetske fotone, poput rendgenskih zraka. Ovo je efikasniji proces pretvaranja materije u energiju nego nuklearna fuzija u zvezdama. Nuklearna fuzija u zvezdama (npr. pretvaranje vodonika u helijum u Suncu) pretvara samo oko 0,7% mase u energiju. Prema teoriji opšte relativnosti, u zavisnosti od rotacije crne rupe, do 10-40% mase materije koja pada u akrecioni disk može se pretvoriti u energiju (u obliku zračenja) pre nego što pređe horizont događaja. Za rotirajuće (Kerrove) crne rupe, ova efikasnost je veća zbog dodatne energije iz rotacije. Proces akrecije može biti i do 50 puta efikasniji od nuklearne fuzije, što ga čini jednim od najenergetskijih procesa u svemiru. Ovo je astronomski potvrđeno (npr. Cygnus X-1, aktivna galaktička jezgra i kvazari)

Magnetna polja akrecionog diska mogu izbacivati plazmene mlazeve duž ose rotacije, koji se protežu na ogromne razdaljine, ponekad i preko čitavih galaksija. Ovi mlazevi često relativistički (kreću se blizu brzine svetlosti) i da su povezani sa Blandford-Znajekovim procesom, koji izvlači energiju iz rotacije crne rupe.

Rotacija crne rupe može izazvati efekte poput vremenske dilatacije i gravitacionog sočiva, gde svetlost iz udaljenih izvora biva savijena. Rotirajuće crne rupe u centrima galaksija, poput supermasivnih, utiču na kretanje okolnih zvezda i gasova, što pomaže astronomima da ih detektuju.

Detekcija rotacije

Rotacija se indirektno posmatra kroz efekte na akrecioni disk, mlazeve plazme ili kretanje obližnjih zvezda. Studije crne rupe Sagittarius A* otkrile su nepravilne svetlosne bljeskove, verovatno izazvane orbitiranjem vrućih tačaka u akrecionom disku, što ukazuje na rotaciju i magnetne procese.

Teleskopi poput Event Horizon Telescopa snimili su prstenaste strukture oko crnih rupa (npr. M87 i Sagittarius A*), što ukazuje na rotaciju materije u akrecionom disku.

Teorijski značaj

Rotacija crne rupe opisana je parametrom ugaonog momenta, jednim od tri ključna parametra (masa, ugaoni moment, električni naboj) koji potpuno karakterišu crnu rupu.

Brzina rotacije utiče na stabilnost crne rupe i njenu sposobnost da akumulira materiju, što je ključno za razumevanje rasta supermasivnih crnih rupa.

Rotacija crne rupe igra ključnu ulogu u njenom ponašanju i interakciji sa okolinom, stvarajući dinamične fenomene poput ergosfere, mlazeva i superzračenja. Ovi efekti omogućavaju astronomima da indirektno proučavaju crne rupe, iako one same ostaju nevidljive.