利用电磁频谱观测检验无毛定理：II. 黑洞图像
高能天体物理现象
2015-05-18 v2 广义相对论与量子宇宙学
摘要
根据无毛定理，所有天体物理黑洞都可以由其质量和自旋完全描述。通过测量黑洞时空的（至少）三个不同的多极矩，可以在观测上检验该定理。本文在一个允许我们将电磁频谱中的可观测量计算为黑洞质量、自旋以及独立于前者的四极矩的函数的框架下，分析了黑洞的图像。我们表明，四极矩相对于预期 Kerr 值的偏离会导致黑洞图像呈长扁球状或扁扁球状，这取决于偏离的符号和大小。此外，黑洞阴影周围存在一个环状结构，其直径约为 10 倍黑洞质量，比底层吸积流的图像亮得多，且与吸积流模型的天体物理细节无关。我们证明，该环的形状直接取决于黑洞的质量、自旋和四极矩，并可用于对所有三个参数的独立测量。特别地，我们证明对于自旋 a<0.9M 的 Kerr 黑洞，该环具有高度的圆度，且与观测者的倾角无关；但如果无毛定理被违反，它将变为椭圆形且不对称。对 Sgr A* 的近期甚长基线干涉测量观测将对这一环进行成像，并可能允许对无毛定理进行观测检验。
引用
@article{arxiv.1005.1931,
title = {Testing the No-Hair Theorem with Observations in the Electromagnetic Spectrum: II. Black-Hole Images},
author = {Tim Johannsen and Dimitrios Psaltis},
journal= {arXiv preprint arXiv:1005.1931},
year = {2015}
}
备注
Accepted for publication in ApJ