Kerr 时空中无外力喷流的解析性质 - I

Blandford-Znajek (BZ) 机制描述了一个通过穿透中心黑洞 (BH) 事件视界的磁力线从旋转黑洞提取旋转能量的过程。在本文中，我们提出了一种微扰方法来研究由 BZ 机制启动的无外力喷流，及其两个直接应用：(1) 我们提出了 BZ 机制的高阶分裂单极微扰解，该解精确确定了能量提取率$\dot E$，并很好地描述了所有黑洞自旋范围（$0\leq a\leq 1$）内的黑洞磁层结构；(2) 该方法得出了 Kerr 时空中单极场构型的精确约束，$I = \Omega (1-A_\phi^2)$，其中$A_\phi$是电磁场矢量势的$\phi-$分量，$\Omega$是磁力线的角速度，$I$是极向电流。该约束对于基准化数值模拟的准确性尤为重要。