ГЛАВА 4. ВРАЩАЮЩАЯСЯ ЧЕРНАЯ ДЫРА

§ 4.1. Возникновение вращающейся черной дыры

В предыдущих главах было показано, что при коллапсе сферической массы без вращения возникает сферическая черная дыра, когда радиус тела становится меньше гравитационного радиуса. Если коллапсирует тело с малым отклонением от сферической симметрии, то, как было показано в § 3.4, при образовании черной дыры все отклонения от сферической симметрии быстро исчезают, за исключением отклонений, связанных с наличием малого углового момента Угловой момент остается в ходе коллапса практически неизменным. Если коллапсирующее тело обладало электрическим зарядом, то неизменным остается и общий заряд, и связанное с ним электрическое поле, все же другие компоненты электромагнитного поля во внешнем пространстве также быстро исчезают.

Что будет при коллапсе тела с уже не малыми отклонениями от сферической симметрии и значительными угловым моментом и электромагнитным полем? Будет ли при этом образовываться черная дыра? А если будет, то каковы ее свойства?

В дальнейших главах мы покажем, что при сжатии произвольной вращающейся массы с электромагнитным полем до достаточно малых размеров возникает черная дыра, причем все свойства этой черной дыры и ее внешнего гравитационного и электромагнитного полей полностью определяются тремя параметрами: массой угловым моментом и электрическим зарядом Остальные свойства коллапсирующей массы, например ее состав, несимметрия распределения вещества и электрического заряда, наличие и особенности магнитного поля и т.д., не сказываются на свойствах возникающей черной дыры.

Качественно этот вывод понятен из анализа поведения малых возмущений при образовании сферической черной дыры (§ 3.4). Радиационные мультиполи всех полей быстро исчезают. Остаются только нерадиационные моды. Именно они определяются указанными тремя параметрами Никакие другие «классические» физические поля с другими (нерадиационными) модами физике неизвестны. В ходе гравитационного коллапса с сильными отклонениями от симметрии возникающее гравитационное излучение уносит часть энергии и углового момента коллапсирующей массы. Поэтому черной дыры будут несколько меньшими, чем у тела до его коллапса (мы это обсудим в дальнейшем). Обнаружить подобное

уменьшение при анализе малых возмущений было невозможно, так как мы пренебрегали обратным влиянием возмущений на метрику. В астрофизике общий электрический заряд тела можно обычно считать малым и не учитывать. Поэтому мы в первую очередь рассмотрим случай, когда заряд равен нулю. Случай отличного от нуля заряда рассмотрен в § 4.8.

Каково же гравитационное поле черной дыры при наличии углового момента В § 6.4 будет доказано, что это поле описывается стационарным осесимметричным решением уравнений Эйнштейна, найденным Керром (1963). Мы начнем с описания физических свойств внешнего пространства вращающейся черной дыры.