黑洞的Penrose过程和似正规模的研究
近年来，随着引力波的实验观测和黑洞阴影照片的陆续发布，黑洞物理受到了人们的广泛关注。对黑洞的性质和物理机制的研究有助于检验和完善现有的黑洞理论，同时加深我们对宇宙的理解和认识。似正规模是表征引力扰动的第二个阶段的特征模态，有实部和虚部两个部分，本文的工作其中的一方面是研究旋转带电的Kerr-Sen黑洞的黑洞阴影半径和似正规模实部的联系。另外一方面我们分析了BTZ黑洞碰撞Penrose过程的最大能量提取效率。 本文的第一章是绪论，概述了经典广义相对论，同时介绍了黑洞和引力波的一些基本理论知识。 第二章首先介绍了Penrose过程的理论依据和不同的碰撞机制，然后介绍了似正规模的和黑洞阴影半径的定义和计算方法。 在第三章中我们计算了极端BTZ黑洞碰撞Penrose过程的最大能量提取效率。我们分析了粒子可能的轨道和可以产生有效的逃逸粒子的粒子碰撞方向，确定了可能完成碰撞Penrose过程的碰撞粒子的类型和来源。如果参与碰撞的无质量粒子是本身就存在于黑洞能层内的，得到的最大能量提取效率有自旋粒子约为3，无自旋粒子约为2。同时，为了说明黑洞能层内参与碰撞的无质量粒子的能量来源我们又分析了包含两次碰撞过程的Penrose过程。 在第四章首先根据不稳定圆光子轨道得到了Kerr-Sen黑洞的阴影半径的计算式，然后分析了无质量标量场的扰动，通过Klein-Gorden方程得到了标量场角向和径向的分离函数，通过连分数法讨论了分离函数中角特征值的近似表达式。最后我们通过方程变换得到了Kerr-Sen黑洞的似正规模的实部和阴影半径的对应计算关系的表达式，通过黑洞阴影半径间接给出了似正规模的数值。值得注意的是由于时空度规的特殊性Kerr-Sen黑洞无法像Kerr或者Ker-Newman黑洞那样运用连分数法得到可以计算似正规模的方程组。
黑洞;Penrose过程;似正规模;最大能量提取效率
华南理工大学
硕士
理论物理
张向东
2021
中文
P145.8
2022-12-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）