라이스너–노르드스트룀 블랙홀
1. 개요
라이스너-노르드스트룀 블랙홀은 각운동량은 없지만 전하를 가진 블랙홀이다. 질량, 각운동량, 전하 세 가지 변수로 특정되는 블랙홀의 네 가지 유형 중 하나이며, 1918년 한스 라이스너와 군나르 노르드스트룀이 일반 상대성 이론을 풀어 전하를 띤 점질량의 중력장에 대한 해를 구하면서 발견되었다.
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전하 -
전하 밀도
전하 밀도는 단위 부피, 면적, 길이당 전하량을 나타내는 물리량으로, 연속적인 경우 선, 면, 체적 전하 밀도로 표현하고 불연속적인 경우 디랙 델타 함수를 사용하여 표현하며, 유전체 내에서는 자유 전하와 결합 전하로 구분되고 양자역학에서는 파동함수의 제곱과 관련되는 등 다양한 분야에서 활용된다. -
전하 -
형식 전하
형식 전하는 분자 내 원자의 전하 분포를 추정하는 개념으로, 원자가 전자 수에서 비공유 전자쌍의 전자 수와 공유 전자쌍의 절반을 빼서 계산하며, 결합의 안정성, 공명 구조 평가, 반응성 예측 등에 활용된다. -
블랙홀 -
초대질량 블랙홀
초대질량 블랙홀은 10만 태양 질량 이상으로 은하 중심에 위치하며 활동은하핵과 퀘이사의 에너지원으로 여겨지는 천체로, 사건 지평선 망원경을 통해 이미지가 최초로 포착되었고 형성 과정과 질량 한계에 대한 연구가 진행 중이다. -
블랙홀 -
중력붕괴
중력 붕괴는 천문학에서는 항성이, 지질학에서는 산체나 사면 등이 자신의 중력을 이기지 못하고 붕괴하는 현상을 의미한다.
2. 종류
블랙홀은 무모발 정리에 따라 세 가지 기본적인 물리량, 즉 질량(M), 각운동량(J), 전하(Q)만으로 완전히 기술될 수 있다. 이 세 가지 매개변수의 값 조합에 따라 아인슈타인 방정식의 해로서 다음과 같은 네 가지 종류의 블랙홀이 정의된다. 블랙홀의 질량 M은 0보다 커야 하며, 각운동량 J와 전하 Q의 유무에 따라 해의 복잡성이 달라진다.
* [[슈바르츠실트 블랙홀]]: 각운동량과 전하가 모두 없는 가장 단순한 형태 (J = 0, Q = 0).
* [[커 블랙홀]]: 각운동량은 있지만 전하는 없는 회전하는 블랙홀 (Q = 0).
* [[라이스너-노르드스트룀 블랙홀]]: 각운동량은 없지만 전하를 가진 블랙홀 (J = 0).
* [[커-뉴먼 블랙홀]]: 각운동량과 전하를 모두 가진 가장 일반적인 형태의 블랙홀.
이 중에서 라이스너-노르드스트룀 블랙홀과 커-뉴먼 블랙홀은 전하를 띤 블랙홀에 해당한다.
2.1. 슈바르츠실트 블랙홀
슈바르츠실트 블랙홀은 블랙홀을 특징짓는 세 가지 양인 질량(M), 각운동량(J), 전하(Q) 중에서 각운동량과 전하가 모두 없는, 즉 J = 0 이고 Q = 0 인 가장 기본적인 형태의 블랙홀이다. 이는 아인슈타인 방정식의 해 중 하나로, 전하와 각운동량이 없는 점질량에 대한 해이며, 카를 슈바르츠실트가 발견한 슈바르츠실트 계량으로 기술된다. 슈바르츠실트의 발견은 한스 라이스너와 군나르 노르드스트룀이 전하를 띤 블랙홀에 대한 해를 찾기 이전에 이루어졌다.
2.2. 커 블랙홀
커 블랙홀은 일반 상대성 이론에서 예측되는 블랙홀의 한 종류로, 각운동량(J)은 가지고 있지만 전하(Q)는 없는(Q = 0) 블랙홀을 말한다. 무모발 정리에 따르면 블랙홀은 질량(M), 각운동량(J), 전하(Q)라는 세 가지 물리량으로 완전히 기술될 수 있다.
아인슈타인 방정식의 해로서 가능한 네 가지 블랙홀 유형은 다음과 같이 분류된다.
위 표에서 볼 수 있듯이, 커 블랙홀은 회전하지만 전하는 띠지 않는 블랙홀에 해당한다. 이는 각운동량과 전하를 모두 가지는 커-뉴먼 블랙홀에서 전하(Q)가 0인 특수한 경우로 볼 수 있다.
2.3. 라이스너-노르드스트룀 블랙홀
라이스너-노르드스트룀 블랙홀은 각운동량(J)은 없지만 전하(Q)를 가진 블랙홀이다. 이는 커-뉴먼 블랙홀(스핀 있음)과 함께 전하를 띤 블랙홀의 두 가지 유형 중 하나이다.
무모발 정리에 따르면, 블랙홀은 세 가지 물리량, 즉 질량( M ), 각운동량( J ), 전하( Q )만으로 완전히 기술될 수 있다. 라이스너-노르드스트룀 블랙홀은 이 중 각운동량 J가 0인 경우에 해당한다.
전하를 띤 블랙홀은 알베르트 아인슈타인의 중력 이론인 일반 상대성 이론을 풀어 발견된 네 가지 가능한 블랙홀 유형 중 두 가지이다. 블랙홀 근처의 공간 모양과 전기장 및 자기장에 대한 수학적 해는 이를 처음 연구한 사람들의 이름을 따서 명명되었다. 네 가지 블랙홀 유형은 다음과 같이 분류된다.
아인슈타인 방정식에서 각운동량이 없고 전하를 띤 점질량의 중력장에 대한 해는 1918년 한스 라이스너와 군나르 노르드스트룀에 의해 구해졌다. 이는 카를 슈바르츠실트가 전하와 각운동량이 없는 점질량에 대한 해인 슈바르츠실트 계량을 발견한 직후였다.
이 블랙홀에 대한 수학적 설명은 라이스너-노르드스트룀 계량 문서에서 더 자세히 다룬다.
2.4. 커-뉴먼 블랙홀
커-뉴먼 블랙홀은 각운동량(스핀)과 전하를 모두 가진 블랙홀 유형이다. 블랙홀은 일반적으로 세 가지 물리량, 즉 질량(M), 각운동량(J), 전하(Q)로 완전히 기술될 수 있다.
일반 상대성 이론의 아인슈타인 방정식을 풀어 얻을 수 있는 네 가지 블랙홀 해 중에서, 커-뉴먼 블랙홀은 각운동량 J와 전하 Q가 모두 0이 아닌 가장 일반적인 경우에 해당한다. 다른 세 가지 유형의 블랙홀(슈바르츠실트 블랙홀, 커 블랙홀, 라이스너-노르드스트룀 블랙홀)은 커-뉴먼 블랙홀에서 J 또는 Q가 0인 특수한 경우로 볼 수 있다.
네 가지 블랙홀 유형은 다음과 같이 분류할 수 있다.
커-뉴먼 블랙홀 해는 알려진 블랙홀 해 중에서 가장 일반적인 형태이다.