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克尔黑洞通过其拖曳参考系无力磁层实现能量自提取

广义相对论与量子宇宙学 2023-04-17 v7 星系天体物理 高能天体物理现象

摘要

研究表明,当仅满足条件 0<ΩF<ΩH0<\Omega_{\rm F}<\Omega_{\rm H} 时,克尔黑洞以其场线角速度(FLAV)ΩF\Omega_{\rm F} 拖曳其周围的无力磁层,其中 ΩH\Omega_{\rm H} 为视界角速度。于是,以拖曳角速度 ω\omega 循环的零角动量观测者(ZAMO)将看到满足 ωN=ΩF\omega_{\rm N}=\Omega_{\rm F} 的“零曲面” SN_{\rm N} 始终存在。他们将看到 SN_{\rm N} 外部的外域 D(out)D_{\rm (out)}ΩFω>0\Omega_{{\rm F} \omega}>0 顺行旋转,而内部的内域 D(in)D_{\rm (in)}ΩFω<0\Omega_{{\rm F} \omega}<0 逆行旋转,其中 ΩFω=ΩFω\Omega_{{\rm F} \omega}=\Omega_{{\rm F}} - \omega 表示 ZAMO-FLAV。该曲面 SN_{\rm N} 必为无力磁层的磁离心分界层,其上有一种等离子体脱落。随后,无力与冻结条件在 SN_{\rm N} 上失效,从而允许在 SN_{\rm N} 上建立粒子流源。该曲面亦为 ZAM 曲面 SZAMD_{\rm ZAMD},其上无角动量与电流穿越。由于电场 Ep{\bf E}_{\rm p} 在 SN_{\rm N} 上变号,坡印廷通量在 SN_{\rm N} 上由外向转为内向。电磁能量自提取仅可通过拖曳参考系磁层实现,且内域 D(in)D_{\rm (in)} 嵌套于视界与该曲面 SN_{\rm N} 之间,以符合热力学第一与第二定律。

关键词

引用

@article{arxiv.1904.11978,
  title  = {Energy self-extraction of a Kerr black hole through its frame-dragged force-free magnetosphere},
  author = {Isao Okamoto and Yoogeun Song},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1904.11978},
  year   = {2023}
}

备注

23 pages, 4 figures