旋转时空中粒子如何静止不动! 当一个巨大的天体物理对象

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当一个巨大的天体物理对象，如玻色星或黑洞旋转时，由于帧拖动的影响，它可能导致周围的时空随着它旋转。在一篇新论文中，物理学家已经表明，如果一个具有恰当性质的粒子占据了一个“静态轨道” - 一个距离旋转时空中心临界距离的点环，它可以在旋转的时空中完全静止。

德国奥尔登堡大学的物理学家Lucas G. Collodel，Burkhard Kleihaus和Jutta Kunz发表了一篇论文，他们在最近的一期Physical Reiew Letters上发表了一篇论文，提出了旋转时空中静态轨道的存在。

“我们的工作极其简单地呈现了某些时空的长期被忽略的特征，这是非常违反直觉的，”Collodel告诉Phys.org。 “广义相对论已经存在了一百多年，现在它不断惊叹，探索不同分布的能量能够以不平凡的方式扭曲时空几何的方式是深入理解的关键。 “

在他们的论文中，物理学家确定了一个粒子在旋转时空中静止的静止观察者的两个标准。首先，粒子的角动量（基本上是它自己的旋转）必须具有正确的值，以便完全消除由于帧拖动造成的旋转。其次，粒子必须精确地位于静态轨道中，一个围绕旋转时空中心的环，粒子既不会被拉向中心也不会被推开。

关键的一点是，并非所有旋转时空的天体物理对象都具有静态轨道，这将在未来帮助研究人员区分不同类型的天体物理对象。正如物理学家解释的那样，为了有一个静态轨道，旋转时空的度量（基本上是描述广义相对论中空间时间的函数）必须有一个局部最小值，它对应于静态轨道所处的临界距离。从某种意义上说，一个粒子可能会在这个局部最小值处“休息”。

物理学家确定了几个具有静态轨道的天体物理对象，其中包括玻色子星（由玻色子物质构成的假想星，如黑洞，具有巨大的引力但不发光），虫洞和毛茸茸的黑洞（具有独特属性的黑洞，如额外收费）。另一方面，克尔黑洞（被认为是最常见的黑洞类型）不具有局部极小值的度量，因此没有静态轨道。因此，静态轨道的证据可以提供一种方法来区分克尔黑洞和静态轨道中一些不太常见的物体。

虽然物理学家承认，为了在旋转的时空中保持静止，可能不可能期望只有正确的角动量的粒子存在于恰当的位置，但仍然有可能检测到应有的静态轨道的存在到附近发生的事情。预计在静止轨道附近最初处于静止状态的粒子比位于远处的粒子移动更慢。因此，即使研究人员从未观察到静止的粒子，他们也可能在附近观察到缓慢移动的粒子，表明存在附近的静态轨道。

“认识到静态环的存在有助于我们更好地理解未来观测的计划和期望，”Collodel说。 “例如，我们可以搜索环以便识别可能的奇异物体，例如玻色星，或者甚至有信心（在观察环时）确信AGN [活性星系核]不由克尔黑色驱动今后我们计划研究环的存在如何影响吸积盘，而吸积盘在此阶段更容易观察，并且能够屏蔽某些物体免受物质侵蚀。“