旋转规则黑洞与无视界时空的光子环结构

Kerr黑洞具有顺行与逆行轨道半径的光子区，分别为$M\leq r_p^-\leq 3M$与$3M\leq r_p^+\leq 4M$，从而在$a\leq M$时总是投下闭合光子环或阴影轮廓。当$a>M$时，其为无视界时空（裸奇点），其中顺行轨道螺旋坠入中心奇点，逆行轨道产生弧状阴影且中心为暗斑。我们将Kerr黑洞的光子环结构与三种旋转规则时空（即Bardeen、Hayward与非奇异时空）所产生的结构进行比较。这些是非Kerr黑洞度规，带有与非线性电动力学电荷相关的附加偏离参数$g$。结果表明，对给定$a$，存在$g$的临界值$g_E$，使得当$g>g_E$时$\Delta=0$无零点，当$g=g_E$时在$r=r_E$处有一个二重零点，分别对应于无视界规则时空与具有退化视界的极端黑洞。我们证明，与Kerr裸奇点不同，无视界规则时空在$g_E< g \leq g_c$时可具有闭合光子环，例如对$a=0.10M$，Bardeen（$g_E=0.763332M<g\leq g_c= 0.816792M$）、Hayward（$g_E=1.05297M < g\leq g_c = 1.164846M$）与非奇异（$g_E=1.2020M < g \leq g_c= 1.222461M$）无视界时空具有闭合光子环。这些结果确认，仅凭闭合光子环的存在不能证明致密天体必然是黑洞。按M87*黑洞阴影观测，三种无视界旋转时空的环圆度偏离观测量$\Delta C$满足$\Delta C\leq 0.10$。我们还附述了具有类似特征的Kerr-Newman无视界时空（裸奇点）情形。