Kerr 时空中等离子体里的光传播 II. 等离子体在光子轨道上的印记
广义相对论与量子宇宙学
2023-11-20 v1
摘要
本文考虑无压非磁化等离子体在 Kerr 时空中的光传播，这是我们先前研究 [Phys. Rev. D 95, 104003 (2017)] 的延续。全文假设等离子体密度形式允许光线的哈密顿-雅可比方程可分离，即存在 Carter 常数。此处我们聚焦于不同类型轨道的分析，并发现若干真空情形下不存在的奇特现象。我们从研究球形轨道和锥形轨道入手。特别地，揭示出在 ergoregion（能层）内，当存在等离子体时，可存在两条经过同一点传播的不同球形光线。接着我们研究圆形轨道，并证明与真空情形相反，在 Kerr 黑洞外通信域中，赤道面外也可存在圆形轨道。我们给出了其充要条件。我们还找到了 Kerr 度规赤道面内圆形轨道的紧凑方程，并给出若干示例。考虑赤道面内的光线偏折，我们推导出一个新的偏折角精确公式，其优点是可直接适用于能层内外光线。值得注意的是，在非均匀等离子体存在下，证明了偏折角作为碰撞参数函数呈现非单调行为的可能性。此外，为分离黑洞自旋效应与等离子体效应，我们研究了弱偏折引力透镜。我们还对前文主要讨论的黑洞阴影作了进一步补充。
引用
@article{arxiv.2311.10615,
title = {Light propagation in a plasma on Kerr spacetime. II. Plasma imprint on photon orbits},
author = {Volker Perlick and Oleg Yu. Tsupko},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.10615},
year = {2023}
}
备注
This paper is a continuation of our previous study arXiv:1702.08768