利用黑洞观测检验 Kerr-Sen 度规

Kerr-Sen 黑洞是异质弦论中出现的旋转带电黑洞解。在四维有效理论中，玻色场为：$U(1)$ 规范玻色子、在四维中等价于赝标量轴子的 Kalb-Ramond 3-形式、伸缩子(dilaton)和引力子。理论中的耦合常数为 $\alpha^{\prime}$（弦张力倒数）和 $\kappa$（四维约化普朗克质量倒数），$U(1)$ 场的电荷与轴子-光子耦合由这两者关联。Sen 找到了一个以这些场作为黑洞外禀毛发(hair)的黑洞解（即 Kerr-Sen 黑洞）。本文研究通过观测确定 Sen 解的可能性。可检验 Kerr-Sen 黑洞的观测包括：(a) 光子阴影形状的测定，以及 (b) 由轴子毛发引起的光子偏振旋转。对圆度的偏离给出了黑洞的 $U(1)$ 电荷，而将该电荷用光子耦合表示后，可基于已由阴影确定的黑洞参数预言与频率无关的“法拉第旋转(Faraday rotation)”。具有轴子毛发的 Kerr-Newman 黑洞的类似测量中，图像形状与“法拉第旋转”量之间无关联。这种关联可作为 Sen 度规的判别性检验。在 EHT 近期对 M87* 阴影的观测中，对圆度的偏离上限为 10%。若将此观测精度提升至 1%，则可对 Kerr-Sen 黑洞的电荷与“法拉第旋转”给出确定性预言。有趣的是，“法拉第旋转”的观测表明该效应与频率无关，指向以轴子毛发解释该效应。