Algebraically special resonances of the Kerr-black-hole-mirror bomb
一个同向旋转的玻色子场与一个旋转的克尔黑洞相互作用，可以从黑洞中提取转动能和角动量。这种有趣的现象被称为超辐射散射。正如普雷斯和特科尔斯基所指出的那样，通过在黑洞周围放置一个反射镜，可以使黑洞场系统不稳定（爆炸性），从而防止提取的能量逃逸到无穷远处。这种复合黑洞-镜场炸弹已经被许多研究者广泛研究。然而，值得注意的是，以前对黑洞炸弹现象的大多数研究都集中在受限标量（自旋- $0$）场的特定情况下。在本研究中，我们探讨了更高自旋（电磁和引力）黑洞炸弹的物理特性。结果表明，这个组成系统是服从于一个分析处理的物理有趣的制度快速旋转的黑洞。特别地，我们证明了复合黑洞-镜像场炸弹的不稳定共振频率$ω=mΩ_{\text{H}}+is\cdot 2πT_{\text{BH}}$（这里$s$和$m$分别是场的自旋参数和方位谐波指数，$Ω_{\text{H}}$和$T_{\text{BH}}$分别是快速自旋黑洞的角速度和温度）是其特征.我们的研究结果提供了证据表明，更高自旋（电磁和引力）的黑洞-镜像炸弹比广泛研究的标量黑洞-镜像炸弹更具爆炸性。特别是，它示出在这里的不稳定性增长率的特点是更高的自旋黑洞炸弹是两个数量级大于标量黑洞炸弹的不稳定性增长率。
2014-05-05 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Superradiance and black hole bomb in five-dimensional minimal ungauged supergravity
研究了由一个旋转的五维最小无规范超引力黑洞和一个围绕它的反射镜组成的黑洞炸弹模型，在低频标量扰动下，我们得到了Klein-Gordon方程在黑洞时空的近视界和远区的解.为了避免对数项的解决方案，我们假设轨道量子数$ l $采取接近，但不完全是整数值，并执行这些解决方案的匹配在一个中间区域。这使我们能够计算分析的频谱准正规模式，采取的限制，$ l $的方法，偶数或奇数分别。我们发现，所有的$ l $模式的标量扰动进行负阻尼制度的超辐射，导致其振幅的指数增长。因此，所考虑的模型将表现出超辐射不稳定性，最终表现为五维中的黑洞炸弹。
2014-11-27 gr-qc hep-th
The charged black-hole bomb: A lower bound on the charge-to-mass ratio of the explosive scalar field
众所周知的超辐射放大机制允许一个具有适当质量$μ$和电荷$q$的带电标量场提取带电Reissner-Nordström黑洞的库仑能量。如果将系统放置在反射腔内，防止带电标量场逃逸到无穷远，则能量提取速率可以随时间呈指数增长。这个由黑洞-带电标量场镜系统组成的系统被称为{ \it带电黑洞炸弹}。以往对这一组成物理系统的数值研究表明，在线性化区域，不等式$q/μ>1$为超辐射不稳定性的发展提供了必要条件。本文用解析方法研究了带电黑洞炸弹在线性标量场作用下的不稳定性。特别地，我们证明了在这个组成的物理系统中（这里$r_{\pm}$是带电Reissner-Nordström黑洞的视界半径，$r_{\text{m}}$是约束镜的半径），${{q}\overμ}>\sqrt{{r_{\text{m}/r_--1}\over{r_{\text{m}}/r_+-1}}}$的下界为超辐射不稳定性的发展提供了必要条件.这种{ \it解析}导出的组合黑洞-带电标量场镜系统超辐射不稳定性区域的下界与直接{ \it数值}计算的不稳定性谱一致。
2016-06-01 astro-ph.HE gr-qc hep-th
The spinning Kerr-black-hole-mirror bomb: A lower bound on the radius of the reflecting mirror
这种有趣的超辐射放大现象允许轨道运行的标量场从旋转的克尔黑洞中提取旋转能量。有趣的是，如果把黑洞-场系统放在一个反射镜内，防止场辐射能量到无穷远，能量提取率可以随时间呈指数增长。这个由Press和Teukolsky首先设计的Kerr黑洞标量场镜系统在过去的四十年里吸引了物理学家的注意。以前对这种旋转的{ \it黑洞炸弹}的数值研究揭示了一个有趣的事实，即如果反射镜放置得太靠近黑洞视界，超辐射不稳定性就会关闭。在本研究中，我们使用分析技术来探讨这个组成的克尔黑洞线性标量场镜系统的超辐射不稳定性制度。特别地，证明了在这个组合物理系统中，${r_{\text{m}}\over{r_+}}>{1\over 2}\Big(\sqrt{1+{{8M}\over{r_-}}}-1\Big)$的下界为指数增长的超辐射不稳定性的发展提供了必要条件，其中$r_{\text{m}}$是约束镜的半径，$r_{\pm}$是自旋Kerr黑洞的视界半径.我们进一步表明，在线性化的制度，这{ \it解析}推导出的约束镜的半径上的下限同意与直接{ \it数值}计算的超辐射不稳定性光谱的特征旋转黑洞镜炸弹。
2016-12-08 astro-ph.HE gr-qc hep-th
The extremal black hole bomb
我们分析了大规模标量束缚态的极端克尔黑洞的背景下，专注于模式的超辐射制度，这在时间上呈指数增长，并迅速耗尽黑洞的质量和自旋的频谱。以前的分析估计这种不稳定性的增长率仅限于$μM\ll1$和$μM\gg1$制度，其中$μ$和$M$分别表示标量场和黑洞质量。在这项工作中，我们讨论了一种分析方法来计算这些参数的通用值的超辐射光谱，即在现象学上有趣的制度$μM\sim 1$。为此，我们在两个重叠区域中求解径向模式方程，并在其公共有效域中匹配解。我们发现，这些功能的函数形式匹配涉及近似，是不是有效的标量质量的整个范围内，表现出非物理极点，产生一个大的增长率的增强。或者，我们匹配的功能在一个单一的点，并表明，尽管在选择的匹配点的不确定性，这种方法消除了寄生极点，并同意与以前的数值计算的频谱使用连续分数的方法。
2010-06-02 gr-qc hep-th
Boosted black string bombs
研究了在紧致方向上Kaluza-Klein动量不为零的五维旋转黑弦几何中大质量标量场超辐射束缚态的形成.尽管所有的卡鲁扎-克莱因模都可以在这种几何中形成束缚态，但在现实的额外维度模型和天体物理学的黑洞中，只有零模足够轻，才能产生超辐射不稳定性，只要场的质量很小但不为零，例如轴子粒子。我们使用分析和数值方法表明，虽然卡鲁扎-克莱因动量减少了不稳定发展的场质量的上限，它可能会提高其最大增长率超过50%，从而提高黑洞炸弹机制。我们讨论了可能的观测结果，这一结果和它的潜在的天体物理探测的非平凡的额外维紧化。
2013-02-11 gr-qc hep-ph hep-th
Novel Kerr-Hernquist Black Hole: Quasibound State, Scalar Cloud, Bomb, Superradiant Scattering
该研究通过纽曼 - 贾尼斯算法得到新型克尔 - 赫恩quist黑洞解，利用解析渐近匹配方法研究其标量场动力学，推导准束缚态谱等，揭示了暗物质晕对黑洞谱和稳定性的影响，为相关研究提供统一框架。
2026-08-21 gr-qc hep-th
Tuning A Rotating Black Hole Spectrum with Dark Matter Halo: Quasibound States, Scalar Cloud, Black Hole Bomb and Superradiant Scattering
研究嵌入Dehnen暗物质晕的旋转黑洞的谱动力学，通过解析渐近匹配方法推导准束缚态谱和超辐射放大因子，发现晕参数系统性地改变束缚能、临界质量和超辐射窗口。
2026-07-31 gr-qc hep-th
Penrose process in Reissner-Nordström-AdS black hole spacetimes: Black hole energy factories and black hole bombs
本文研究了带电粒子在Reissner-Nordström-AdS黑洞时空中的递归Penrose过程，发现在反射镜和纯AdS两种限制条件下，不同衰变情景可分别导致黑洞能量工厂或黑洞炸弹，并推测递归过程终态为带极短毛发的黑洞。
2024-01-23 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Analytic treatment of geodesics in five-dimensional Myers-Perry space--times
本文给出了具有等旋转参数的五维Myers-Perry时空中测地线方程的完全解析解，并给出了它们的Weierstraffield椭圆函数和Weierstraffield zeta函数和sigma函数.我们研究了极坐标方程和径向方程中的多项式，它们依赖于测试粒子的度量和守恒量的参数，并通过它们的零点来表征运动。我们证明了这种分析方法在测试粒子轨道上的有效性。
2012-09-10 gr-qc
Analytic treatment of complete geodesics in a static cylindrically symmetric conformal spacetime
本文研究了Said等人[1]给出的静态圆柱对称共形时空中的粒子和光线的运动。我们推导了运动方程，并给出了它们的Weierstrass { \wp }函数和Kleinian σ函数的解析解。使用参数图和有效势，我们分析了可能的轨道，并根据测试粒子的能量和角动量来表征它们。最后，我们展示一些轨道的例子。
2016-07-30 gr-qc
Spontaneous Scalarization of Charged Gauss-Bonnet Black Holes: Analytic Treatment
最近，通过考虑标量场和高斯-邦纳不变量之间的非平凡耦合，史瓦西黑洞可能允许规则的标量多毛配置。对这种自发标量化现象的数值研究表明，如果耦合参数$\barη$属于离散集$\barη\in\{\barη^-_n,\barη^+_n\}^{n=\infty}_{n=0}$，则黑洞可以支持规则的标量毛状构型.有趣的是，Hod发现对应于黑洞线性化标量场位形的耦合参数$\barη^+_n$具有渐近普适性态$Δ_n\equiv\sqrt{\barη_{n+1}}-\sqrt{\barη_{n}} \simeq2.72$ .他为数值上观察到的普遍行为提供了一个非常简洁的分析解释。受这一有趣现象的启发，本文研究了标量场与Gauss-Bonnet不变量之间存在非平凡耦合的RN黑洞中的耦合参量行为.不同于Schwarzschild情形中耦合参数只能取正值，在这种情形中，耦合参数可以取正值或负值。因此，研究耦合参数在这种情况下是否具有类似的渐近行为是有趣的。通过对数值数据的检验，我们发现正参数和负参数都有类似的渐近行为。我们还比较了分析结果与数值数据。我们发现解析结果与数值结果吻合得很好。
2020-11-08 gr-qc
A semi-analytic treatment of quasinormal excitation factors in the eikonal regime
本文提出一种增强的半解析方法，通过扩展逆多极展开技术并引入WKB高阶修正，更精确地计算了Schwarzschild黑洞在程函机制下的准正规激发因子，为引力波建模与黑洞铃宕模式识别提供了有力工具。
2024-07-26 gr-qc
An analytic treatment of Quartic Hilltop Inflation
四分之一山顶暴胀仍然是最成功的暴胀模型之一。然而，对山顶通货膨胀的早期处理的期望将与观察结果相矛盾，并使模型被排除在外。然而，最近的数值处理表明，四次山顶暴胀实际上与观测结果很好。在这项工作中，一个完全解析的处理模型的目的是消除神秘的行为周围的四次山顶通货膨胀。所得到的结果是在很好的协议与数值工作的主题，但提供简单的解析公式来计算可观的，从而很容易测试四次山顶通货膨胀，希望揭示信息的理论背景。
2020-06-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Analytic treatment of complete and incomplete geodesics in Taub-NUT space-times
本文给出了Taub-NUT时空中测地线方程的Weierstrass椭圆函数的完整解析解。我们系统地研究了基本多项式，并通过它的零点来表征测试粒子的运动。由于存在的“米斯纳弦”在陶布NUT度量导致了不同的解释，我们认为这些在测地线的时空。特别地，我们解决了在Misner和Taub讨论的视界上的测地线不完全性，以及Miller，Kruskal和Godfrey的解析扩展，并与Reissner-Nordström时空进行了比较。
2010-05-28 gr-qc hep-th
Analytical treatment of critical collapse in 2+1 dimensional AdS spacetime: a toy model
我们给出了一个负宇宙学常数与无质量标量场最小耦合的2+1引力场的精确坍缩解，该解的物理性质使其成为一个候选临界解.我们讨论了它的全局因果结构及其对称性与在$Λ=0$情况下推导出的相应连续自相似解的对称性的关系。在此背景下的线性扰动导致近似的黑洞解。临界指数为$γ= 2/5$。
2001-05-04 gr-qc hep-th
Accretion onto black holes inside neutron stars with piecewise-polytropic equations of state: analytic and numerical treatments
我们考虑球对称吸积到一个小的，可能是原始的，黑洞居住在一个中子星的中心由冷核物质状态方程（EOS）。我们推广的相对论邦迪解决方案，近似分段多面体，从而获得稳态物质的配置文件和吸积率的解析表达式。我们将这些速率与随时间变化的广义相对论流体动力学模拟弛豫后发现的速率进行了比较，并找到了很好的一致性。我们考虑了几个不同的候选EOS，中子星的质量和中心密度，发现吸积率变化不大，导致吸积率主要取决于黑洞的质量，只有微弱的中子星的属性。
2021-12-07 astro-ph.HE gr-qc
Pair Creation of Black Holes
本文是根据1994年在印度孟买举行的第二届现代量子场论国际学术讨论会上的一次讲话撰写的。厄恩斯特引力解描述了带电黑洞在背景磁场中的匀加速运动。通过解析地延续恩斯特解，我们得到了描述背景场中黑洞对产生的瞬子。我们回顾这些解决方案的各个方面，特别注意爱因斯坦麦克斯韦，低能量弦和$d=5$卡鲁扎-克莱因理论。它基于与{}F. Dowker，S. Giddings，G. Horowitz，D. Kastor和J. Traschen \refs{\DGKT,\DGGH} .
1994-04-13 gr-qc hep-th
Bound-state resonances of the Schwarzschild black hole: Analytic treatment
本文用解析方法研究史瓦西黑洞倒置势的束缚态共振，推导出无限能谱的闭合紧凑公式，并与近期数值结果高度吻合。
2025-06-18 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Analytical treatment of SUSY Quasi-normal modes in a non-rotating Schwarzschild black hole
本文利用Fock-Ivanenko方法得到了描述无质量1/2自旋中性费米子与Schwarzschild黑洞周围引力场相互作用的Dirac方程。我们得到近似的解析解的能量（准正常频率）和相应的本征态（准正常状态）的本征值。有趣的结果是，所有的激发态[和它们的超对称（SUSY）伙伴]都有一个纯虚频率，可以用霍金温度来表示。此外，正如人们对超对称哈密顿所期望的那样，孤立底态具有实零能量本征值。
2011-01-05 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Long-lived resonances of massive scalar fields in the Reissner-Nordström black-hole spacetime: Analytic treatment in the large-mass regime
The Ruppin Academic Center（鲁平学术中心）；The Jerusalem Multidisciplinary Institute（耶路撒冷多学科研究所）
本文解析研究Reissner-Nordström黑洞与大质量标量场系统在大质量极限下的长寿共振，确定刻画长寿命模式的临界质量谱。
2026-09-10 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Precise analytic treatment of Kerr and Kerr-(anti) de Sitter black holes as gravitational lenses
在存在宇宙学常数$Λ$的情况下，精确求解了描述Kerr时空中光子运动的零测地线方程。一般的光轨道（即非极性，非赤道）的偏转角的精确解计算的广义超几何函数的Appell和Lauricella。然后，我们考虑更复杂的问题，其中黑洞作为一个“引力透镜”。构造的克尔黑洞引力透镜几何结构由一个观测者和一个位于远处的源组成，该源相对于黑洞的赤道平面以任意的倾角放置。由此产生的透镜方程求解优雅的Appell-Lauricella超几何函数和维尔斯特拉斯椭圆函数。然后，我们系统地应用我们的封闭形式的解决方案来计算通用光子轨道的图像和源位置，解决透镜方程，并到达位于各种极角值的观察者，对于各种克尔参数值和第一运动积分。在此框架下，一般轨道的放大因子计算在封闭的解析形式的第一次。在宇宙学常数为非零的情况下，适当修改后重复上述练习。
2010-09-27 astro-ph.GA gr-qc
Semiclassical Black Hole-White Hole transitions: an analytical treatment
SISSA（的里雅斯特国际高等研究学院）；INFN Sezione di Trieste（意大利国家核物理研究所的里雅斯特分部）；IFPU—Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）
本研究通过二维模型的解析方法，解释了半经典引力数值模拟中观测到的黑洞向白洞的跃迁，还指出该跃迁可能形成级联，最终或得到无视界的反弹时空，为相关系统研究奠定基础。
2026-08-05 gr-qc hep-th
Spontaneous scalarization of Gauss-Bonnet black holes: Analytic treatment in the linearized regime
最近已经证明，弯曲时空的标量场和高斯-博内不变量之间的非平凡耦合可能允许中心黑洞支持空间规则的标量多毛配置。有趣的是，以前对黑洞自发标量化现象的数值研究表明，当且仅当该理论的无量纲耦合参数$\barη$属于标量化带的离散集合$\{[\barη^{-}_{n},\barη^{+}_{n}]\}_{n=0}^{n=\infty}$时，复合毛状黑洞-标量化场组态才存在.我们研究了物理文献中的数值数据，发现新发现的毛状黑洞线性化无质量标量场组态具有渐近普适行为$Δ_n\equiv \sqrt{\barη^{+}_{n+1}}-\sqrt{\barη^{+}_{n}}\simeq 2.72$ .基于这一有趣的观测结果，本文用{ \it解析}方法研究了线性化（弱场）条件下自发标度化Schwarzschild黑洞的物理和数学性质.特别是，我们提供了一个非常紧凑的分析解释的数值观察到的普遍行为$Δ_n\simeq 2.72$的特点组成的毛茸茸的黑洞线性化标量场配置的离散共振谱$\{\barη^{+}_{n}\}_{n=0}^{n=\infty}$。
2019-12-16 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Analytic treatment of the excited instability spectra of the magnetically charged SU(2) Reissner-Nordström black holes
耦合的非线性爱因斯坦-杨-米尔斯场方程的磁荷SU（2）Reissner-Nordström黑洞解被描述为不稳定（虚）共振的无限谱$\{ω_n(r_+,r_-)\}_{n=0}^{n=\infty}$（这里$r_{\pm}$是黑洞视界半径）。基于对黑洞不稳定性谱的直接{ \it数值}计算，最近观察到磁荷黑洞的激发不稳定性本征值具有简单的普适性。特别地，数值计算的磁荷黑洞的不稳定性特征值具有小频率普适关系$ω_n(r_+-r_-)=λ_n$的特征，其中$\{λ_n\}$是与黑洞参数无关的无量纲常数.本文研究了带电SU（2）Reissner-Nordström黑洞的不稳定性谱。特别是，我们提供了一个严格的{ \it分析}证明的{ \it数值}建议的普遍行为$ω_n(r_+-r_-)=λ_n$在小频率$ω_n r_+\ll (r_+-r_-)/r_+$制度。有趣的是，它表明，激发黑洞共振的特点是简单的普适关系$ω_{n+1}/ω_n=e^{-2π/\sqrt{3}}$。最后，我们用数值计算证实了我们对黑洞不稳定性谱的分析结果。
2017-01-05 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Spontaneous scalarization of charged Reissner-Nordström black holes: Analytic treatment along the existence line
最近已经证明，带电黑洞可以支持由无质量标量场组成的空间规则物质配置，这些无质量标量场与带电时空的电磁场非最小耦合。有趣的是，利用数值方法，我们发现了组成的带电黑洞非最小耦合标量场组态的共振谱具有与电荷相关的离散标量化带$α\in\{[α^{-}_{n}({\bar Q}),α^{+}_{n}({\bar Q}]\}_{n=0}^{n=\infty}$的特征，其中$α$是理论的无量纲耦合常数，${\bar Q}\equiv Q/M$是中心支撑黑洞的无量纲荷质比。在本文中，我们使用{ \it分析}技术，以研究空间规则的非最小耦合标量场配置（线性标量云）的物理和数学性质的中心带电Reissner-Nordström黑洞支持。特别是，我们推导出一个非常紧凑的离散共振谱$\{α^-_n({\bar Q})\}_{n=0}^{n=\infty}$的公式，该公式表征了沿系统的{ \it存在线}的组合黑洞线性化场配置，该临界线将裸露的Reissner-Nordström黑洞与多毛的标量黑洞配置分开。直接数值计算证实了分析结果。
2020-02-05 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Analytic treatment of the system of a Kerr-Newman black hole and a charged massive scalar field
已知带电旋转的克尔-纽曼黑洞对于带电大质量玻色子场的扰动是超辐射不稳定的，该玻色子场的固有频率位于有界区域$0 < ω< \text{min} \{ω_{\text{c}} \equiv m Ω_{\text{H}} + qΦ_{\text{H}},μ\}$ [这里$\{Ω_{\text{H}}, Φ_{\text{H}}\}$分别是克尔-纽曼黑洞的角速度和电势，而$\{m,q,μ\}$分别是场的方位调和指数、电荷耦合常数和固有质量]。本文研究了近极值Kerr-Newman黑洞时空中线性化带电质量标量场的复共振谱。有趣的是，它表明，在超辐射放大的临界频率$ω_{\text{c}}$和程函大质量制度，爆炸标量场的超辐射不稳定性增长率的特点是由一个非平凡的（非单调）的无量纲的电荷质量比$q/μ$的依赖。特别地，对于给定的中心Kerr-Newman黑洞的参数$\{M,Q, J\}$，我们解析地确定了爆炸标量场的最佳荷质比$q/μ$，使组合Kerr-Newman黑洞带电质量标量场系统的超辐射不稳定性增长率{ \it}最大化.
2016-09-22 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Extending the theory of propagating fluctuations: the first fully relativistic treatment and analytical Fourier-Green's functions
本文首次对传播涨落理论进行完全相对论性处理，推导薄盘方程格林函数的傅里叶变换解析解，揭示Kerr黑洞盘的相位滞后、相干性和功率密度谱强烈依赖于黑洞自旋，为直接约束黑洞自旋开辟新途径。
2023-05-19 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
