科學家模擬出克爾黑洞圖像

美國華盛頓大學的物理學家協(xié)同法國學者成功模擬出克爾黑洞圖像。與其復雜的理論模型不同，該圖像令人驚訝的簡單。這項成果不但有助于更好地理解克爾黑洞的構(gòu)造與轉(zhuǎn)動黑洞的引力場，還可將理論假說和圖像相比較，促進理論的進一步完善。

由于所有恒星都自轉(zhuǎn)，其形狀必不能成為嚴格的球形，因此亦不能由球?qū)ΨQ的理論來描述。1963年，新西蘭物理學家羅伊-克爾得到了能描述不帶電旋轉(zhuǎn)恒星的愛因斯坦引力場方程的解，這一理論對于天文學的意義，不亞于一種新基本粒子的發(fā)現(xiàn)，因他之名，由這類恒星坍縮形成的黑洞就叫克爾黑洞。

克爾黑洞以恒常速度旋轉(zhuǎn)，根據(jù)愛因斯坦引力場方程，一顆規(guī)縮成黑洞的轉(zhuǎn)動恒星的引力場會最終達到一個平衡狀態(tài)，這個狀態(tài)只依賴于兩個參量，即質(zhì)量和角動量，后者代表恒星的旋轉(zhuǎn)的速度，類似于基本粒子的自旋。

一直以來，這類帶有角動量的黑洞，被稱之為自然界最完美的物體之，其相關(guān)的守恒定律與理論假說在問世40年后仍然神秘莫測。而今模擬圖顯示：克爾黑洞首先是軸對稱的，即繞對稱軸轉(zhuǎn)動，作短程線運動的試驗粒子其能量是守恒的；同時其繞對稱軸的角動量分量也守恒；另外其還允許試驗粒子遵循第三個守恒定律；而在克爾黑洞中，所有的數(shù)理方程，包括支配引力波傳播的一些方程，都可以分離變量，因而得到明確的解。

研究人員可借由圖像分析，在克爾黑洞環(huán)境中如何依據(jù)廣義相對論來描述小質(zhì)量黑洞繞大質(zhì)量黑洞進行旋轉(zhuǎn)的動作。同時，雖說圖像的建立由理論模型而來，但研究人員仍希望，可視化的成果亦能對引力波天文學領(lǐng)域的理論起到或修正或補充的作用。