Введение

Гравитационная сингулярность вращающейся чёрной дыры
Кольцевая сингулярность, или кольцеобразная сингулярность, — это гравитационная сингулярность вращающейся чёрной дыры, или чёрной дыры Керра, имеющая форму кольца.

Описание сингулярности кольца

Когда сферическое невращающееся тело критического радиуса коллапсирует под действием собственной гравитации в рамках общей теории относительности, теория предсказывает, что оно сожмется в нульмерную точку. Это не происходит с вращающейся чёрной дырой (чёрной дырой Керра). У вращающегося тела, находящегося в состоянии жидкости, распределение массы не сферическое (оно имеет экваториальный выпячивание), и оно обладает угловым моментом. Поскольку точка не может поддерживать вращение или угловой момент в классической физике (а общая теория относительности является классической теорией), минимальной формой сингулярности, способной поддерживать эти свойства, является двумерное кольцо с нулевой толщиной, но ненулевым радиусом, которое называют кольцевой сингулярностью или сингулярностью Керра. Эффекты увлечения пространства-времени вращающейся чёрной дыры, описываемые метрикой Керра, вызывают искривление пространства-времени в окрестности кольца в направлении движения кольца. По сути, это означает, что разные наблюдатели, расположенные вокруг чёрной дыры Керра и попрошенные указать на кажущийся центр тяжести дыры, могут указывать на разные точки на кольце. Падающие объекты начнут приобретать угловой момент от кольца еще до того, как столкнутся с ним, а траектория перпендикулярного светового луча (первоначально направленного к центру кольца) будет искривляться в направлении движения кольца до пересечения с ним.

Проходимость и обнаженность

Наблюдатель, пересекающий горизонт событий невращающейся и незаряженной чёрной дыры (чёрной дыры Шварцшильда), не может избежать центральной сингулярности, лежащей в будущем мировой линии всего, что находится внутри горизонта. Следовательно, избежать спагеттификации под действием приливных сил центральной сингулярности невозможно. Это не обязательно верно для чёрной дыры Керра. Наблюдатель, падающий в чёрную дыру Керра, потенциально может избежать центральной сингулярности, умело используя внутренний горизонт событий, характерный для этого класса чёрных дыр. Это делает теоретически (но не практически) возможным, чтобы чёрная дыра Керра функционировала как своего рода червоточина, возможно, даже проходимая.

Сингулярность Керра как "игрушечная" червоточина

Сингулярность Керра также может использоваться как математический инструмент для изучения "проблемы линий поля" в контексте червоточин. Если частица проходит сквозь червоточину, уравнения непрерывности для электрического поля указывают на то, что линии поля не должны разрываться. Когда электрический заряд проходит сквозь червоточину, линии поля заряда частицы, кажется, исходят из входного устья, а выходное устье испытывает дефицит плотности заряда в соответствии с принципом Бернулли. (Для массы входное устье приобретает плотность массы, а выходное устье – дефицит плотности массы.) Поскольку сингулярность Керра обладает аналогичной характеристикой, она также позволяет исследовать эту проблему.

Существование сингулярности кольца

Обычно ожидается, что поскольку обычный коллапс в точечную сингулярность в рамках общей теории относительности предполагает условия произвольной плотности, квантовые эффекты могут стать существенными и предотвратить образование сингулярности ("квантовое расплывание"). Без учета квантовой гравитации есть серьезные основания полагать, что внутренняя геометрия вращающейся черной дыры отличается от геометрии Керра. Внутренний горизонт событий геометрии Керра, вероятно, нестабилен из-за бесконечного синего смещения падающего излучения. Это предположение подтвердилось при исследовании заряженных черных дыр, которые демонстрировали аналогичное поведение – "бесконечное синее смещение". Несмотря на значительный объем выполненных работ, реалистичный гравитационный коллапс объектов в вращающиеся черные дыры и возникающая при этом геометрия остаются активной областью исследований.