一般稳态轴对称时空中的自旋进动

本文利用 Mathisson-Papapetrou-Dixon 方程研究了一般稳态轴对称时空赤道面上测试粒子的自旋进动问题。针对小自旋情形与自旋-轨道平面平行情形,采用不同近似方法推导了自旋进动角。对于小自旋情形,给出了沿圆轨道赤道面内自旋分量的进动角,并证明其垂直分量为运动常数。对于自旋-轨道平面平行情形,证明一般情况下轨道运动与自旋运动互不影响,并采用后牛顿方法将自旋进动角计算至轨道半通径 p 的任意高阶。本文在 Kerr-Newman 时空中对两种情形的进动角进行了定性与定量分析,以阐明其特征。对于大轨道半径,证明进动角级数的领头阶通常与时空质量成正比,而 Lense-Thirring 效应总是从次领头阶开始出现。这些进动结果随后被应用于多种天文系统以确定其自旋进动率。对于已有观测数据的系统,我们的结果与之高度吻合;对于尚无观测数据的系统,我们预测了其在领头阶与 Lense-Thirring 效应阶的自旋进动率。这些预测表明,木星的卫星表现出异常大的测地自旋进动,其 Lense-Thirring 效应有望借助现有技术被探测到。