Strona głównaPytania → Czy czarna dziura może wytwarzać...

Czy czarna dziura może wytwarzać pole magnetyczne?

Pytanie

Pyta Hubert

Czy czarna dziura może wytwarzać pole magnetyczne lub mieć bieguny magnetyczne? Skoro jej pole grawitacyjne ściąga do siebie nawet światło, które jest falą elektromagnetyczne, a magnetyzm nierozerwalnie związany jest z elektrycznością, to czy czarna dziura ściągałaby do siebie i takie pole?

Odpowiedź

Odpowiada Andrzej Okołów

Postawione pytanie dotyczy tzw. teorii Einsteina-Maxwella, będącej teorią powstałą ze sprzężenia pola grawitacyjnego ogólnej teorii względności i pola elektromagnetycznego. Znanych jest wiele ścisłych rozwiązań równań tej teorii, wśród których są również rozwiązania opisujące czarne dziury obdarzone nie tylko masą i momentem pędu, lecz również ładunkami elektrycznym i magnetycznym (co wcale nie dowodzi, że ładunki magnetyczne istnieją w rzeczywistości). W przypadku takich rozwiązań niezerowe pole elektryczne i magnetyczne istnieją zarówno pod jak i nad horyzontem czarnej dziury. Nie jest więc prawdą, że czarna dziura miałaby „ściągać do siebie” takie pola. Natomiast pole grawitacyjne wpływa na propagację zaburzeń pola elektromagnetycznego, czyli fal elektromagnetycznych, do opisu których bardzo często używa się fotonów traktowanych jako klasyczne (niekwantowe) punktowe cząstki (jest to oczywiście daleko idąca, ale wygodna i użyteczna idealizacja).

Jak już wspomniano, w rozwiązaniach opisujących czarne dziury obdarzone ładunkiem magnetycznym istnieje pole magnetyczne, ale ponieważ do tej pory nie udało się znaleźć w przyrodzie ładunków magnetycznych, to tego typu rozwiązania traktowane są jako niefizyczne. Z drugiej strony wiadomo, że gwiazdy posiadają pola magnetyczne (generowane przez ruchy plazmy, a nie przez ładunki magnetyczne), i w związku z tym można się zastanawiać, czy czarna dziura powstała na skutek grawitacyjnego kolapsu gwiazdy może posiadać pole magnetyczne, które nie miałoby cech pola wytwarzanego przez ładunki magnetyczne. W naturalny sposób nasuwa się tu pytanie, czy w teorii Einsteina-Maxwella istnieją ścisłe rozwiązania opisujące czarne dziury obdarzone dipolowym momentem magnetycznym i posiadające dipolowe pole magnetyczne. Okazuje się, że takie rozwiązania istnieją, ale ich znalezienie było trudnym zadaniem, z którym uporano się dopiero w pierwszej połowie lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku (rozwiązanie te są od strony matematycznej o wiele bardziej skomplikowane niż rozwiązania opisujące czarne dziury z ładunkami magnetycznymi).