光子多次散射的相对论公式
高能天体物理现象
2024-05-20 v1 统计力学
广义相对论与量子宇宙学
高能物理 - 理论
数学物理
math.MP
摘要
我们发现了关于在相对论流动中进行各向同性无弹性散射的光子概率密度函数 (PDF) 的解析表达式。这些表达式刻画了这些光子从自由流动到扩散区域的集体动力学。该 PDF 定义在光锥内以确保因果性保存，表达为三个维度空间中固定时间面的函数。通过对在四维时空中散射次数为 的光子 PDF 之和获得该表达式。我们确认该公式能够准确再现相对论蒙特卡罗模拟的结果。我们发现，三个维度空间中固定时间面的 PDF 可以表示为可分离变量形式。我们展示了在实验室参考系中 PDF 的行为，覆盖该相对论流动的广泛 Lorentz 因子范围。当流体的 Lorentz 因子较低时，散射光子的行为依次演化为自由传播、扩散，然后是动态扩散，其中光子的平均有效速度等于流体的速度。相反，当 Lorentz 因子较大时，行为从各向异性球形运动演化而来， characterized by a mean effective velocity approaching the speed of light, 然后是动态扩散。
关键词
引用
@article{arxiv.2405.10484,
title = {A Relativistic Formula for the Multiple Scattering of Photons},
author = {Rohta Takahashi and Masayuki Umemura and Ken Ohsuga and Yuta Asahina and Rintaro Takeda and Mikiya M. Takahashi and Norita Kawanaka and Kohkichi Konno and Tomoaki Nagasawa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.10484},
year = {2024}
}
备注
The version accepted by ApJ Letters