黑洞量子

我们表明，伽马射线暴（GRB）的高能辐射起源于“内引擎”：一个被物质和磁场 $B_0$ 包围的克尔黑洞（BH）。它辐射出一系列离散的粒子加速事件，每个事件的能量为 ${\cal E} = \hbar\,\Omega_{\rm eff}$，即黑洞量子（blackholic quantum），其中 $\Omega_{\rm eff} =4(m_{\rm Pl}/m_n)^8(c\,a/G\,M)(B_0^2/\rho_{\rm Pl})\Omega_+$。这里 $M$、$a=J/M$、$\Omega_+=c^2\partial M/\partial J=(c^2/G)\,a/(2 M r_+)$ 和 $r_+$ 分别为黑洞质量、单位质量角动量、角速度和视界；$m_n$ 为中子质量，$m_{\rm Pl}$、$\lambda_{\rm Pl}=\hbar/(m_{\rm Pl}c)$ 和 $\rho_{\rm Pl}=m_{\rm Pl}c^2/\lambda_{\rm Pl}^3$ 分别为普朗克质量、长度和能量密度。{此处及下文中使用CGS-Gaussian单位制}。每个过程的时间尺度为 $\tau_{\rm el}\sim \Omega_+^{-1}$，{沿自转轴方向如此，而轴外由于同步辐射等能量损失则要短得多}。我们展示了与塞曼效应和斯塔克效应的类比，从微观物理到宏观物理适当缩放，这使我们能够定义“黑洞磁子”，$\mu_{\rm BH}=(m_{\rm Pl}/m_n)^4(c\,a/G\,M)e\,\hbar/(M c)$。我们采用 $M=2.3~M_\odot$、$c\, a/(G\,M)= 0.47$ 和 $B_0= 3.5\times 10^{10}$ G，对 GRB 130427A 给出定量估计。每个发射的“量子” ${\cal E}\sim 10^{37}$ erg，仅提取黑洞转动能的 $10^{-16}$，保证了该过程可重复数千年。“内引擎”也可在活动星系核（AGN）中工作，我们在此以 M87 中心的超大质量黑洞为例说明。