Spherical null geodesics of rotating Kerr black holes
研究了旋转Kerr黑洞的非赤道球零测地线。不同于广泛研究的赤道圆轨道,其半径是已知的解析,没有封闭形式的公式存在于文献中的一般(非赤道)球面测地线的半径。本文给出了这些球面零测地线的半径r_{ph}(a/M;cos i)的近似公式,其中a/M是黑洞的无量纲角动量,cos i是轨道的有效倾角(相对于黑洞赤道面)。众所周知,克尔时空的赤道圆测地线(cosi = \pm 1的逆轨道和逆轨道)的特征在于它们的半径r_{ph}(a/M; cosi = \pm 1)对黑洞的无量纲自旋参数a/M的单调依赖性。我们在这里使用我们的新的解析公式来揭示,赤道圆测地线的这一众所周知的性质实际上不是克尔时空的一般性质。特别地,我们发现在(3 \sqrt{3} - \sqrt{59})/4 \lesssim \cos i<0范围内的反转球形零轨道的特征在于r_{ph}(a/M;cos i=const)对黑洞的无量纲旋转参数a/M的非单调依赖性.此外,它表明,球形光子轨道的快速旋转黑洞的特征在于一个临界倾角,cosi = \sqrt{4/7},在该轨道的坐标半径接近黑洞半径的极值极限。我们证明,这个临界倾角信号的球形零测地线的物理性质的过渡:特别是,它分离的轨道,其特征在于由有限的适当距离的黑洞视界的轨道,其特征在于由无限适当距离的地平线。
2012-10-09 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Kerr Geodesics Following the Axis of Symmetry
本文给出了大质量试验粒子沿Kerr度规对称轴加速度的一般表达式,并研究了这种加速度在时空不同区域的主要性质。特别是,我们证明了黑洞附近存在一个区域,其中的引力场是排斥的。我们提供了可能的物理解释的作用,这种效果在不同的保守参数。对这些测地线的研究不仅对更好地理解克尔时空的结构很重要,而且对它作为产生河外喷流的可能机制也很重要。我们的结果得到的帮助下表示的Kerr时空的测地线的Weyl坐标。
2016-05-06 astro-ph.HE gr-qc
Types of the geodesic motions in Kerr-Sen-AdS$_{4}$ spacetime
本文研究Kerr-Sen-AdS$_4$时空的测地线运动,推导光线与测试粒子的运动方程,并借助参数图揭示伸缩子标量参数使轨道类型更丰富复杂。
2023-11-12 gr-qc hep-th
Geodesics and Shadows in the Kerr-Bertotti-Robinson Black Hole Spacetime
Beijing Normal University(北京师范大学);Key Laboratory of Multiscale Spin Physics (Ministry of Education), Beijing Normal University(北京师范大学多尺度自旋物理教育部重点实验室);Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao-Tong University(上海交通大学汤川研究所);Institute of Fundamental Physics and Quantum Technology, & School of Physical Science and Technology, Ningbo University(宁波大学基础物理与量子技术学院、物理科学与技术学院);School of Physics, Peking University, & Center for High Energy Physics(北京大学物理学院、高能物理中心)
本文研究了Kerr-伯托蒂-罗宾逊黑洞时空中的测地线和阴影,推导了光子球和最内稳定圆轨道的解析表达式,并探讨了磁场和观测者倾角对黑洞阴影的影响。
2026-02-11 astro-ph.HE gr-qc
Local, Non-Geodesic, Timelike Currents in the Force-Free Magnetosphere of a Kerr Black Hole
在本文中,我们使用以前开发的精确解,提出了一些奇怪的功能,在克尔背景下的无力磁层。更准确地说,我们得到了一个迄今为止看不见的类时电流的力不沿测地线流动的磁层。在这种情况下,电磁场恰好是磁主导的。这也是第一次出现在文学作品中。在我们的解中,改变单个参数的符号会产生一个类空电流,它会产生一个以电为主的电磁场。
2015-04-02 astro-ph.HE gr-qc
Kerr Geodesics in horizon-penetrating Kerr coordinates: description in terms of Weierstrass functions
本文将 Biermann-Weierstrass 公式推广到穿透视界的克尔坐标中,给出在克尔视界上光滑的类时与类光测地线解,并实现最大解析延拓区域间的显式延拓与图形可视化。
2024-10-22 gr-qc
KerrGeoPy: A Python Package for Computing Timelike Geodesics in Kerr Spacetime
KerrGeoPy是一个Python包,利用Legendre椭圆积分的解析解计算Kerr时空中的类时测地线,扩展了KerrGeodesics Mathematica库,支持通过初始条件或运动常数构造测地线,并提供计算四速度、基本频率及可视化功能。
2024-06-03 gr-qc
Stability of circular geodesics in equatorial plane of Kerr spacetime
利用李雅普诺夫稳定性分析方法,研究了具有旋转参数的Kerr BH时空在赤道面上的类时圆测地线和零测地线的稳定性。此外,我们验证了稳定性的结果,提出了拟时和零测地线的相图。此外,通过回顾Kosambi-Cartan-Chern(KCC)理论,我们分析了克尔时空的Jacobi稳定性,并对测地线的稳定性分析方法进行了比较研究。
2022-04-23 gr-qc
ynogkm: A New Public Code For Calculating time-like Geodesics In The Kerr-Newmann Spacetime
本文提出了一个新的公共程序$ynogkm$,用于快速计算Kerr-Newmann(K-N)时空中的类时测地线,它是计算Kerr时空中的零测地线的$ynogk$的直接推广.在$ynogk$中,我们采用Weierstrass和Jacobi椭圆函数和积分,将Boyer-Lidquist(B-L)坐标$r$、$θ$、$ϕ$、$t$和真时$σ$表示为自变量$p$(Mino时间)的函数,用解析和半解析方法求解运动方程。所有的椭圆积分都是用Carlson椭圆积分方法计算的,保证了程序的快速性。最后,将代码应用于几个玩具问题。
2013-11-18 astro-ph.HE gr-qc
Radial geodesics as a microscopic origin of black hole entropy. III: Exercise with the Kerr-Newman black hole
我们在测地线上指定一个角运动,以将问题简化为前几章中详细阐述的径向运动的情况。通过计算视界下热测地线上的配分函数,得到了带电旋转黑洞熵的一个合适值。量子聚集的分类方式与Reissner-Nordstrom黑洞相似。
2005-01-04 astro-ph gr-qc hep-th
Complete Integrability of Geodesic Motion in General Kerr-NUT-AdS Spacetimes
在一般D维Kerr-NUT-AdS旋转黑洞时空中,我们显式地给出了n-1个测地线的运动常数,这些运动常数是由测地线速度与(D-2)维Killing-Yano张量收缩的对偶收缩得到的2-形式的偶次幂的收缩引起的.这些运动常数在功能上彼此独立,并且与由度规和D-n = [(D+1)/2] Killing矢量产生的D-n+1个运动常数独立,使得在所有维度D中总共有D个独立的运动常数。所有这些D常数对的泊松括号都是零,所以这些时空中的测地线运动是完全可积的。
2006-11-13 gr-qc hep-th
Photon Emission Near Extreme Kerr Black Holes
正在进行的天文学工作从黑洞附近的电磁辐射中提取出黑洞的物理特性。这需要找到从近地平线区域延伸到远处天文台的零测地线。一般来说,这些只能在数字上找到。本文针对极端自旋Kerr黑洞这一有趣的特殊情况,利用出射近视界共形对称性,解析地求出了近超辐射测地线。
2016-08-10 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Geodesics From Classical Double Copy
我们扩展的克尔-Schild双拷贝的情况下,一个探针粒子移动的克尔-Schild背景。特别是,我们解决了一个测试色电荷在库仑非阿贝尔电位($\sqrt{\text{Schw}}$)和赤道平面上的电位由旋转盘的电荷被称为单拷贝的$\text{Kerr}$背景($\sqrt{\text{Kerr}}$)的黄的方程。轨道,作为相应的测地线上的重力侧,功能椭圆,圆形,双曲线和暴跌行为的带电粒子。然后,我们发现一个新的双拷贝映射之间的保守电荷的规范理论侧和引力侧,这使我们能够完全恢复测地线方程的史瓦西和克尔。有趣的是,该映射自然适用于束缚和非束缚轨道。
2021-11-12 gr-qc hep-th
On the behavior of causal geodesics on a Kerr-de Sitter spacetime
我们分析了因果测地线的克尔德西特时空的行为,特别强调其完整性。我们建立了一个初始值问题(IVP),其解决方案导致这些时空因果测地线的全球性理解。除了遇到环状曲率奇点的因果测地线和遇到环状奇点的因果测地线是必要的赤道测地线之外,避开旋转轴的因果测地线是完整的。我们还表明存在的测地线交叉或躺在旋转轴上。控制后一族的方程显示了环奇异性的排斥性质。这项工作的结果表明,就因果测地线的性质而言,克尔-德西特时空的行为与克尔时空族类似。
2017-04-28 gr-qc
Timelike Geodesic Currents in the Stationary, Axisymmetric, Force-free Magnetosphere of a Kerr Black Hole
从解析的角度研究了环境克尔背景中测地电流的结构特性。同余中的测地线对应于通过Blandford-Znajek机制从黑洞携带能量和角动量的带电粒子。结果表明,由此产生的磁层自然满足Znajek正则性条件。特别注意的是在这里提取的物质流,而不是电磁坡印亭通量的能量。
2008-11-12 gr-qc
Kerr-fully Diving into the Abyss: Analytic Solutions to Plunging Geodesics in Kerr
本研究得到克尔时空中一般类时plunge测地线及ISSO plunge情形的闭合解析解,拓展了赤道plunge研究,提出含倾角的径向流入方程,并将结果集成到KerrGeodesics程序包中。
2024-10-30 astro-ph.HE gr-qc
Isofrequency pairing of geodesic orbits in Kerr geometry
Kerr黑洞的束缚测地轨道可以用三个运动常数来参数化:(比)轨道能量、角动量和Carter常数。一般来说,每个轨道也有三个相关的频率,涉及径向,纵向和(平均)方位角运动。在这里,我们注意到一个奇怪的事实,这两种表征束缚测地线的方法并不一一对应。前者在初始条件下唯一地指定了一个轨道,而后者则不然:参数空间中存在一个(强场)区域,在该区域中,物理上不同的轨道对可以具有相同的三个频率。在每一个这样的等距线对中,两个轨道呈现出相同的近星点进动速率和相同的轨道平面的兰斯-瑟林进动速率,并且(在某种意义上)它们在相位上保持“同步”。
2013-04-05 astro-ph.HE gr-qc
Geodesics for particles with negative energy in Kerr's metric
根据彭罗斯效应,负能量粒子可以存在于旋转黑洞的能层中。我们分析了这种粒子的测地线,并表明在旋转的黑洞的能层中没有圆形和椭圆形轨道。我们还表明,有测地线开始和终止于奇点和目前的条件下,这样的测地线不开始和终止于奇点。
2022-10-10 gr-qc
Principal equatorial null geodesic congruences in the Kerr metric, and their quantum propagators
该研究利用Raychaudhuri方程为Kerr度规中的赤道主向内、向外零测地线汇构造量子传播子,发现尽管膨胀标量在环形奇点发散,传播子仍有限,从而暗示量子效应可能消除或缓和奇点。
2024-03-01 gr-qc
Notes on Five-dimensional Kerr Black Holes
基于测地线和Weyl曲率讨论了五维Kerr黑洞的几何性质。利用特殊的零测地线,自然地引入了Kerr-Star空间、Star-Kerr空间和Kruskal空间。我们证明了AdS Kerr黑洞的测地线是可积的,推广了Frolov和Stojkovic的结果.我们还证明了五维AdS Kerr黑洞是Ricci平坦Kerr黑洞的等谱形变,并且保持了Weyl曲率的本征值.
2005-03-01 gr-qc hep-th math.DG
Nonexistence of closed timelike geodesics in Kerr spacetimes
本文证明Kerr-star时空虽含闭合类时曲线,却不存在闭合类时测地线,并结合既有结果得出其中不存在任何闭合因果测地线。
2024-09-12 gr-qc math.DG
Spin-geodesic deviations in the Kerr spacetime
本文在极-偶极粒子近似下研究了Kerr时空中扩展自旋体的动力学,假定自旋曲率力仅使粒子稍微偏离测地线路径,自旋参数很小,忽略了对时空几何的反作用.这种方法自然会导致解决Mathisson-Papapetrou-Dixon方程线性化的自旋变量以及偏差向量,具有相同的初始条件测地线运动。一般偏离一般测地线运动的研究,推广以前的结果限于非常特殊的情况下,赤道圆形测地线作为参考路径。
2014-08-21 gr-qc
Analytical solution of the geodesic equation in Kerr-(anti) de Sitter space-times
给出了Kerr-de Sitter和Kerr-anti-de Sitter时空中测地线方程的完全解析解。他们表示的维尔斯特拉斯椭圆p,zeta和西格玛函数以及超椭圆Kleinian西格玛函数限制到一维θ因子。我们分析了类时测地线对时空度规参数和测试粒子参数的依赖性,并与宇宙学常数为零的Kerr时空中的情况进行了比较.此外,我们还系统地找到了所有稳定的球形和圆形轨道,并推导出了飞越轨道的偏转角、束缚轨道的轨道频率、近星点位移和Lense-Thirring效应的表达式。
2010-09-30 gr-qc
Regularization of geodesics in static spherically symmetric Kerr-Schild spacetimes
我们描述了一种方法来分析因果测地线在静态和球对称时空的克尔-Schild形式,特别是允许详细研究的测地线在附近的中心奇点的正则化过程的基础上推广的McGehee正则化牛顿点粒子运动的幂律势。McGehee正则化被Belbruno和Pretorius用来对史瓦西时空中无质量测试粒子运动的中心奇点进行动力系统正则化。我们的推广使我们能够考虑在任何静态和球对称时空的克尔-希尔德形式的因果(类时或零)测地线。作为一个例子,我们将这些结果应用于史瓦西和Reissner-Nordström时空中的因果测地线。
2014-12-02 gr-qc
Effective potential and geodesic motion in Kerr-de Sitter space-time
本文分析了Kerr-de Sitter几何中的测地线轨迹。从适合于赤道平面运动的拉格朗日形式的数学解(其中θ = 0,θ =(常数)= π/2)可以给出旋转轴对称黑洞的有质量和无质量粒子的势能。由此,对于特定的宇宙学常数、Kerr参数、质量、角动量和碰撞参量,可以求出势能随距离的变化,同样,对于特定的宇宙学常数、质量和Kerr参数,可以求出速度随距离的变化。
2013-08-30 astro-ph.CO gr-qc
Geodesics on a Kerr-Newman-(anti-)de Sitter instanton
我们研究沿着非紧Kerr-Newman瞬子的测地线,其中渐近几何是de Sitter或anti-de Sitter。我们使用首次积分的Hamilton-Jacobi方程来表征轨迹附近和远离地平线。我们研究的相互作用的测地线与特殊功能的度量,特别是区域的角退化或“θ视野”的德西特的情况下。最后,我们刻画了一些稳定的平衡轨道。
2018-07-08 gr-qc math.DG
Higher-order geodesic deviations and orbital precession in a Kerr-Newman space-time
利用Kerner等人提出的一阶和高阶测地偏差方程,在广义相对论中研究近日点进动和行星轨道的一种新的近似方法,利用高阶测地偏差方法,将轨道进动和中性粒子椭圆轨道的计算推广到Kerr $-$ Newman时空中.这种方法的优点之一是,对于小的偏心率,不使用牛顿和后牛顿近似的数量${G M}/{R c^2}$的任意值获得行星的轨迹。
2019-06-02 gr-qc
Analytic solutions for parallel transport along generic bound geodesics in Kerr spacetime
我们提供了解析封闭形式的解决方案的平行运输沿约束测地线克尔时空。这可以被认为是一个旋转的黑洞在极端质量比内旋运动的最低阶近似。作为我们的新发现的表达式的有用性的说明,我们范围出的自旋自旋共振准圆形EMRI的位置。所有的解决方案作为米诺时间的函数,这有利于解耦的运动方程。为了帮助物理解释,我们还提供了一个解析表达式的适当的时间沿测地线作为米诺时间的函数。
2019-06-12 gr-qc
Images and flares of geodesic hotspots around a Kerr black hole
本研究提出一种数值方法生成克尔黑洞外部类时轨道热点的图像,区分各级像,分析八种轨道类型,并基于多普勒与引力红移效应将耀斑分为三类。
2024-05-24 astro-ph.HE gr-qc
Gyroscope precession along general timelike geodesics in a Kerr black hole spacetime
利用时空的几何性质分析了克尔时空中沿一般测地线运动的陀螺仪的岁差角速度。沿陀螺仪世界线的自然框架被明确地构造为适合于基本观察者的提升框架。一个新的几何描述马克的建设一个平行传播的正交框架沿一般测地线,确定和澄清的特殊作用所发挥的卡特家庭的观察员在这个一般的情况下,从而延长以前的讨论赤道平面的情况下。
2017-03-28 gr-qc
Kerr-Sen-Taub-NUT spacetime and circular geodesics
在杂化弦论的低能极限下,我们给出了一个服从经典运动方程的新解。该解表示一个带有电荷和重力磁矩的旋转质量。讨论了相应的守恒电荷。我们还研究了试验体在时空中的圆赤道运动。
2020-05-23 gr-qc
On-Axis scalar absorption cross section of Kerr-Newman black holes: Geodesic analysis, sinc and low-frequency approximations
研究了零测地线与Kerr-Newman黑洞旋转轴平行碰撞的情形,证明了在程函极限下无质量标量场的吸收截面可以用光子轨道参数来描述.我们比较我们的sinc和低频近似与数值结果,表明它们是非常吻合的。
2018-09-21 gr-qc
Examining the Kerr Metric through Wave Fronts of Null Geodesics
我们研究了克尔度规中点源零测地线波前的奇异性。我们发现,波前发展的管状结构,崩溃的非对称性,导致尖点功能的波前奇点。随着波前的前进,尖点描绘出一个星形的焦散管,这是以前使用透镜映射和测地线偏差方法发现的。因此,波前方法在这项研究中有助于完成焦散和引力透镜的克尔几何的图片。
2019-03-03 gr-qc
Characterization of Null Geodesics on Kerr Spacetimes
我们考虑次极值克尔时空外部区域的零测地线。我们发现,最著名的零测地线的基本属性可以表示在一个图。特别是,可以立即看到,各能区和俘获在相空间中是分离的。此外,我们表明,从任何类时观察者的黑洞外,捕获可以被理解为一个光滑的类空方向上的天球的观察者。最后,我们讨论了这些见解的一些应用。
2020-07-27 gr-qc math-ph math.MP
Integrating the geodesic equations in the Schwarzschild and Kerr space-times using Beltrami's "geometrical" method
我们重新审视一个鲜为人知的定理由于贝尔特拉米,通过它的整合的测地线方程的弯曲流形是由一种方法,即使受到启发的汉密尔顿-雅可比方法,是纯粹的几何。应用这一定理的史瓦西和克尔度量直接导致其测地线方程的一般解决方案。在我们看来,这种处理问题的方法非常符合广义相对论的几何精神。事实上,由于这个定理,我们可以通过几何方法积分测地线方程,然后验证经典守恒定律从这些方程中得出。
2008-04-03 gr-qc
Geodesic causality in Kerr spacetimes with $|a|\geq M$
本文研究含闭合因果曲线的 Kerr 时空,证明在 $|a|\geq M$ 时不存在闭合零测地线,并与此前 $|a|<M$ 的结果结合,确立任意非零旋转参数下均无闭合零测地线。
2025-04-24 gr-qc math.DG
Ultra-high energy collisions of nonequatorial geodesic particles near dirty black holes
考虑两个测地粒子围绕旋转静止轴对称黑洞运动的碰撞。它示出了任意非赤道运动,在一定条件下,在他们的质心框架的能量可以增长不受约束(所谓的BSW效应)。这推广了以前关于脏(被物质包围)黑洞的赤道运动和克尔度规的非赤道运动的结果。结果表明,BSW效应发生在视界表面的任何一点附近。我们没有使用克尔度规所特有的时空对称性,所以结果是相当一般的。分类所有可能的情况下的一般方案进行了讨论。
2012-12-03 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Finite escape fraction for ultrahigh energy collisions around Kerr naked singularity
本文研究了Kerr裸奇点周围高能碰撞的可观测性问题,并指出其结果与Kerr黑洞的情况相反。我们在前面已经指出,如果克尔自旋参数以一个无限小的量a $\rightarrow 1^+$超越1,那么在克尔裸奇点周围靠近位置r = M的粒子之间就有可能发生高能碰撞。碰撞发生在最初进入的粒子与另一个进入的粒子之间,由于角动量势垒,该粒子返回为离开的粒子。我们假设在这样的碰撞中产生两个无质量的粒子,它们的角分布在质心坐标系中是各向同性的。我们计算了无质量粒子到达无穷远的逃逸分数。我们表明,逃逸分数是有限的,近似等于一半的高能碰撞。因此,在高能碰撞中产生的粒子会逃逸到无限远,提供了这些能量下基本相互作用性质的特征。这一结果与极端克尔黑洞的情况相比较,在极端克尔黑洞的情况下,几乎所有在高能碰撞中产生的粒子都被黑洞吸收,从而使碰撞不可观测。
2013-05-02 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Higher-order geodesic deviations applied to the Kerr metric
从一个精确的和简单的测地线,我们生成近似测地线总结高阶测地线偏差内的一般相对论设置,而不使用牛顿和后牛顿近似。我们将这种方法应用于克尔度规时空中测试粒子的闭轨道运动问题。以赤道平面上的一条简单圆轨道为初始测地线,以偏心率为小参数,得到了泰勒级数形式的有限偏心率轨道。这些高阶测地偏差的显式表达式推导出连续系统的常系数线性方程组,其解决方案是谐振子类型。当应用于具有低偏心率但具有任意值的$(GM/Rc^2)$(小于Schwarzschild极限的1/6)的轨道时,该方案给出了最佳结果。
2002-05-06 astro-ph gr-qc
Non existence of closed and bounded null geodesics in Kerr spacetimes
本文证明在Kerr-star时空中,零测地线既非闭合,也不能包含于任何紧致子集,尽管内视界下存在闭合类时与类光曲线。
2024-02-26 gr-qc math-ph math.DG
Comparing timelike geodesics around a Kerr black hole and a boson star
甚大望远镜(VLT)的第二代光束组合器,重力,观察位于银河系中心的紧凑物体的恒星,具有前所未有的10 $μ$ as的天体测量精度。这个致密源的性质仍然是未知的,因为黑洞并不是解释银河系中心400万太阳质量的唯一候选者。玻色子星是黑洞的替代模型。研究了玻色子星和Kerr黑洞的轨道。我们把光强的差异在这两个指标获得的轨道时,考虑恒星足够接近的近心紧凑的对象,通常是$\lesssim 30~M$。因此,通过引力仪器发现比S2恒星更靠近银河系中心的恒星将是一个强大的工具,可以限制中心源的性质。
2017-09-18 astro-ph.HE gr-qc
Exact solution for rotating black holes in parity-violating gravity
本文利用可逆的宇称破缺共形变换,将广义相对论 Kerr 解转化为一类无幽灵宇称破缺度规理论中的共形 Kerr 旋转黑洞精确解,并揭示其类时测地线与 Kerr 时空的差异。
2024-05-20 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Approximate Noether Symmetries of the Geodesic Equations for the Charged-Kerr Spacetime and Rescaling of Energy
利用微分方程的近似对称方法,我们研究了克尔时空中测地线方程的拉格朗日量的精确对称性和近似对称性。以闵可夫斯基时空为精确情形,证明了拉格朗日量的对称代数是17维的。这个代数与闵可夫斯基时空共形等距的15维李代数有关。首先引入单位质量的自旋角动量作为一个小参数,我们考虑克尔度规的一阶近似对称性作为史瓦西度规的一阶微扰。然后,我们考虑克尔度规的二阶近似对称性作为闵可夫斯基度规的第二扰动。近似对称性恢复这些时空,并没有非平凡的近似对称性。为了保证测地线方程的平凡二阶近似对称性的一致性,对弧长参数进行了重新标度,结果表明带电Kerr度规中的能量必须重新标度,并且重新标度因子是$r$依赖的.这个重标度因子与Reissner-Nordström度量进行了比较。
2009-03-07 gr-qc
Marginally bound (critical) geodesics of rapidly rotating black holes
黑洞时空中最重要的测地线之一是边缘束缚球轨道。这条临界测地线代表了束缚在中心黑洞上的最里面的球形轨道。旋转Kerr黑洞的边缘约束{ \it赤道}圆测地线的半径$r_{\text{mb}}({\bar a})$是Barnesi { \it et. al.}(这里的$\bar a\equiv J/M^2$是黑洞的无量纲角动量)。另一方面,在文献中没有关于旋转克尔时空的一般({ \it非}赤道)边缘束缚测地线半径的封闭公式。在本研究中,我们分析了临界(边际约束)轨道的快速旋转克尔黑洞。特别地,我们导出了边缘束缚球轨道半径$r_{\text{mb}}(\bar a\simeq 1;\cos i)$的一个简单的{ \it解析}公式,其中$\cos i$是测地线的有效倾角(相对于黑洞赤道面).我们发现,快速旋转的黑洞的边缘束缚球轨道具有一个临界倾角$\cos i=\sqrt{2/3}$,超过这个倾角,测地线的坐标半径在极端$\bar a\to1$极限下接近黑洞半径.它示出,这个临界倾角信号的轨道的物理性质的过渡:特别是,它分离边缘约束球测地线位于一个有限的适当距离从黑洞视界边缘约束测地线位于一个无限的适当距离从视界。
2017-07-17 astro-ph.HE gr-qc hep-th
On Geodesic motion of particles with zero energy in Kerr and rotating dirty black holes
本研究探究零能量粒子的类时测地线性质,发现其与 Schwarzschild 黑洞测地线运动的相似性,证明一般轴对称黑洞中零能量粒子无闭合轨道,排除了其导致质心系能量无界的可能。
2024-10-07 gr-qc
YNOGK: A new public code for calculating null geodesics in the Kerr spacetime
继\cite{dexagol2009}之后,我们给出了一个新的公开的快速计算Kerr时空中零测地线的代码。利用Weierstrass和Jacobi的椭圆函数,我们将所有的坐标和仿射参数表示为参数$p$的解析和数值函数,参数$p$是沿测地线的积分值。这是我们的代码与以前类似的代码相比的主要区别。这种处理的优点是,有关的转折点的信息不需要预先指定的用户,和许多应用,如成像,线轮廓的计算或反射器-发射器问题,等等成为根查找问题。所有的椭圆积分都采用了与\cite{dexagol2009}相同的Carlson椭圆积分方法,保证了程序的快速计算。本文推广了\cite{cunnbard1973}给出的计算运动常数的公式,使之能方便地处理发射者或观测者相对于中心紧致物体具有任意距离和运动状态的情况。该代码的验证已经过广泛的测试,其应用到玩具的问题,从文献。FORTRAN源代码可以在网上免费下载。
2013-05-06 astro-ph.HE gr-qc
ISCO, Lyapunov exponent and Kolmogorov-Sinai entropy for Kerr-Newman Black hole
计算了Kerr-Newman黑洞时空的主李雅普诺夫指数和Kolmogorov-Sinai(KS)熵,并利用这些指数研究了赤道圆测地线的稳定性和不稳定性.我们还证明了类时圆测地线的主李雅普诺夫指数和KS熵可以用最内层稳定圆轨道的径向方程来表示。另一方面,我们研究了在所有可能的围绕中心黑洞的圆测地线中,类时圆测地线比零圆测地线(光子球)具有最长的轨道周期,即T_{timelike} > T_{photon}。因此,类时圆测地线提供了绕克尔-纽曼黑洞旋转的最慢方式。事实上,任何稳定的类时圆测地线都比零圆测地线慢。
2012-12-23 gr-qc math-ph math.MP
Precise relativistic orbits in Kerr and Kerr-(anti) de Sitter spacetimes
导出了由Kerr引力度规元导出的类时测地线方程,并精确求解了该方程,其中包括了宇宙学常数的贡献。通过分离变量法求解Hamilton-Jacobi偏微分方程,导出了测地线方程。这些解可用于研究实验粒子在Kerr和Kerr-(反)de Sitter引力场中的运动。特别地,我们将类时测地线的精确解i)应用于拖曳力的精确计算在地球引力场中卫星的球极轨道的(Lense-Thirring效应),ii)第二阶段假设银河系中心是一个旋转的黑洞,我们计算了各种克尔参数值下恒星极轨对银河系中心的精确拖曳,包括最近的观察。利用椭圆函数的变换理论,得到了克尔几何中非球面测地线的精确解。具有非零宇宙学常数的球面极测地线的精确解可以用阿贝尔模θ函数表示,该函数解决了相应的雅可比反演问题。
2004-10-13 astro-ph gr-qc
Timescale for trans-Planckian collisions in Kerr spacetime
对极Kerr黑洞和超自旋Kerr奇点周围的超高能粒子碰撞进行了比较,主要讨论了碰撞的时间尺度问题.我们证明了两个质子质量的大质量粒子或两个GeV能量的无质量粒子在普朗克能量的克尔黑洞周围碰撞所需的时间比天体物理相关质量的黑洞的宇宙年龄长几个数量级,而在过度旋转的情况下所需的时间是一千万年的数量级,这比宇宙的年龄要短得多。因此,从观测普朗克尺度碰撞的角度来看,超自旋克尔几何,受其发生,有明显的优势,超过他们的黑洞同行。
2015-05-15 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Lensing by Kerr Black Holes
解释天体物理学黑洞的视界尺度观测需要对克尔时空中的零测地线有一个普遍的理解。这些可以分为两类:“直接”射线,主要决定了一个给定的源的观测外观,和高度弯曲的射线,产生一个嵌套的序列的指数缩小图像的主要发射:所谓的“光子环”。我们开发了直接射线的特征和分析研究的高度弯曲测地线。我们定义了三个关键参数$γ$,$δ$,和$τ$,分别控制源的连续图像的缩小,旋转和时间延迟,从而提供了一个分析理论的光子环。这些可观测的参数编码了广义相对论的普遍效应,与发射物质的细节无关。
2020-02-15 astro-ph.HE gr-qc hep-th
The transition from adiabatic inspiral to geodesic plunge for a compact object around a massive Kerr black hole: Generic orbits
一个恒星质量的致密天体落入大质量克尔黑洞的内旋过程可以分为三个不同的阶段:绝热内旋阶段,内旋时间尺度远大于轨道周期;晚期径向下落阶段,可以近似为一条俯冲测地线;以及天体从内旋过渡到俯冲的阶段。在早期的工作中,Ori和Thorne概述了一种方法,用于计算圆形赤道轨道中紧凑物体在这种过渡期间的轨迹。我们推广这种技术,包括倾斜和偏心。
2008-05-08 gr-qc
Detailed study of geodesics in the Kerr-Newman-(A)dS spactime and the rotating charged black hole spacetime in $f(R)$ gravity
本文详细研究了与Kerr-Newman-(A)dS时空相对应的静态和旋转带电黑洞时空中的测地线方程。导出了实验粒子和光线的运动方程,并给出了它们的Weierstrass $\wp$,$ζ$和$σ$函数以及Kleinian $σ$函数的解。借助参数图和有效势分析了测地线运动,并对可能的轨道类型进行了分类。这个时空也是具有常曲率标量的$f(R)$引力的解。
2016-07-19 gr-qc
Chaotic Behavior of Geodesics in Kerr-like Spacetime
在这方面的贡献,酉质量的测试粒子的运动在一个扰动的克尔类度规的研究使用模拟的配置和相空间。我们的度规表示了具有质量四极矩$q$的大质量旋转体的近似外部时空。随着$q$参数的增加,出现混沌行为。旋转数由相应庞加莱截面中的对称轴确定。结果表明,在源事件视界附近存在混沌区。
2021-11-26 gr-qc nlin.CD
Acceleration of particles in Schwarzschild and Kerr geometries
时空的朗道-利夫希茨分解(Landau-Lifshitz decomposition)或(1+3)-分裂(split)决定了静态观测者所测量的三维速度和加速度。我们使用这些量来分析史瓦西和克尔时空中的测地线粒子。我们表明,在这两种情况下,没有空间的一个积极的加速度(排斥)。我们还计算了逃逸速度和终端速度。静态黑洞的逃逸速度与牛顿的结果一致。对于克尔时空,逃逸速度取决于极角,表明粒子在接近极轴的方向逃逸需要较少的能量。史瓦西视界和克尔能层的终端速度等于光速。对于一个在克尔时空的赤道面上作测地线运动的大质量粒子附近的定域静止观测者,速度分析表明这样的粒子永远不会到达能层。在史瓦西时空的情况下,我们发现测地线轨道垂直地到达视界。
2019-03-05 gr-qc hep-th