基于落入气体环流量变化的黑洞自旋测量新方法

我们提出了一种测量黑洞自旋的新方法。在该方法中，我们考虑一个气体团块或环从边际稳定轨道落入黑洞，保持其初始轨道角动量。我们计算了克尔时空中的气体运动和光子轨迹，并假设气体团块或环发出单色辐射，仔细考察了远距离观测者如何观测到它。绕轨道运行的气体团块的光变曲线由许多峰值组成，这是因为引力透镜和光束效应导致流量周期性增强。此外，随着气体团块接近事件视界，由于光子圆轨道周围的聚焦效应，每个峰的强度首先随时间逐渐增强，然后由于引力红移而迅速减弱。气体环的光变曲线等同于具有不同初始轨道相位的团块光变曲线的叠加，因此是连续的且无峰值。流量首先逐渐增强然后迅速衰减，如同团块模型一样。流量变化时间尺度取决于黑洞自旋，且与倾角无关，而时间平均频率偏移则依赖于这两种效应。因此，原则上我们可以通过观测确定自旋和倾角。我们简要讨论了观测意义和未来问题。