Kerr时空中等纬向测地线运动的解析解
广义相对论与量子宇宙学
2024-02-06 v4
摘要
Kerr测地线的研究历史悠久，尤其是发生在赤道面内的测地线，通常已被充分理解。然而，与其中之一位作者引入的分类（https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.105.024075）相比，显而易见某些测地线类别（如俘获轨道）仍缺乏解析解。因此，在本研究中，我们给出Kerr时空中等纬向类时测地线的显式解析解，包括俘获轨道的解，其刻画了特殊测地线的特征，如圆轨道、束缚轨道和偏转轨道的位置与守恒量。具体而言，我们确定了由于旋转黑洞附近的强引力效应，逆行轨道从反旋转过渡到顺行运动的精确位置。有趣的是，我们观察到对于负能量轨道，尽管角动量为负，轨迹仍保持顺行。此外，我们研究了偏转轨道随着转折点接近俘获轨道转折点时绕黑洞转数增加的有趣现象。另外，我们发现只有顺行边际偏转测地线能够穿越能层。总之，我们的发现给出了赤道面类时测地线的显式解，并提供了对旋转黑洞附近粒子运动动力学的见解。
引用
@article{arxiv.2305.11045,
title = {The Analytical Solutions of Equatorial Geodesic Motion in Kerr Spacetime},
author = {Yan Liu and Bing Sun},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.11045},
year = {2024}
}
备注
31 pages, 8 figures, 1 table, to be published in Chinese Physics C