克尔时空内包含偏振的强引力透镜算法与程序
高能天体物理现象
2015-05-12 v1
摘要
活动星系核（AGNs）与类星体是亟待理解的重要天体物理对象。最近，微透镜观测将类星体 X 射线发射区的大小限制在中央超大质量黑洞约 10 个引力半径的量级。对于几个引力半径内的距离，光线路径被中央黑洞的强引力场强烈弯曲。若中央黑洞具有非零角动量（自旋），光子的偏振面将因引力法拉第效应而旋转。观测到的 X 射线通量及偏振随后将受到源附近强引力场的显著影响。因此，线性引力透镜理论对于此类极端情况是不充分的。我们提出了计算 Kerr 黑洞强透镜效应的简单算法，包括偏振效应。我们的算法在一个名为“KERTAP”的程序中以两个版本实现：MATLAB 和 Python。KERTAP 的关键组成部分有：图形用户界面、一种{\it 反向}射线追踪算法、处理引力法拉第旋转的偏振传播子，以及计算诸如通量放大率和偏振角等可观测量的算法。我们的算法可轻易用其他编程语言如 FORTRAN、C 和 C++ 实现。KERTAP 的 MATLAB 版本使用 MATLAB Parallel Computing Toolbox 和 Distributed Computing Server 并行化。Python 代码通过 Cython 加速，并支持使用 'mpi4py' 包完整实现 MPI。作为示例，我们研究了观测偏振和 AGN X 射线发射的强透镜放大率对倾角的依赖性。我们得出结论，使用诸如 MATLAB 和 Python 等解释型语言执行复杂的数值相对论相关计算是可能的。
引用
@article{arxiv.1505.02714,
title = {Algorithms And Programs For Strong Gravitational Lensing In Kerr Space-time Including Polarization},
author = {Bin Chen and Ronald Kantowski and Xinyu Dai and Eddie Baron and Prasad Maddumage},
journal= {arXiv preprint arXiv:1505.02714},
year = {2015}
}
备注
11 pages, 7 figures