Reissner-Nordstrom黑洞透鏡研究進(jìn)展綜述
Reissner-Nordstrom黑洞透鏡研究進(jìn)展綜述
摘要：這篇論文研究了RN黑洞的強(qiáng)引力透鏡作用，以Schwarzschild黑洞為例，我們得到了黑洞的RN度規(guī)和平直背景度規(guī)中的基本方程，并且闡述了原始圖象和2次成象，以及兩組弱相對論圖象的形成，而且通過弱場近似分別計(jì)算出原始圖象和2次成象的位置及放大率。除此之外，我們還利用強(qiáng)場近似導(dǎo)出了相對論圖象的位置及放大倍數(shù)的解析表達(dá)式。
關(guān)鍵詞：RN黑洞；Schwarzschild黑洞；原始圖象；2次成象；相對論圖象
Abstract: In this paper we study the strong gravitational lensing scenario where lens is a Reissner-NordstrÖm black hole. As in the case of Schwarzschild black hole, we not only obtain the basic equations using Reissner-NordstrÖms metric for the black hole and a flat background metric but also show that, besides the primary and secondary images, two infinite sets of relativistic images are formed. We also calculate the positions and magnifications of the primary and secondary images using the weak field approximation. Further more, we use the strong field limit approximation to obtain analytical expressions for the positions and amplifications of the relativistic images.
Keywords: RN black hole Schwarzschild black hole the primary images the secondary images the relativistic images
1 引言
經(jīng)典的相對論預(yù)言光偏折的大小取決于質(zhì)量的分布。A. Einstein在1936年[1]指出，如果觀測者、透鏡、光源完全成1直線，那么背景恒星發(fā)出的光就會因另1個(gè)恒星的作用而產(chǎn)生偏折，導(dǎo)致了背景恒星的圖象被放大，并且他指出，由于圖象的角距太小以致于不能用當(dāng)時(shí)的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測到。
然而，正是由于1963年類星體的發(fā)現(xiàn)，才真正開辟了觀測引力透鏡的可能性。類星體是非常明亮的物體，位于宇宙學(xué)距離，并且在其中央有1緊密的，有光發(fā)散的區(qū)域。
當(dāng)星系中的物體被排成1行時(shí)，重力的放大作用很巨大，他們的圖象在某些特殊情形被分開。1979年引力透鏡首次被發(fā)現(xiàn)。
如果透鏡是個(gè)很緊密的物體，例如黑洞，弱場近似不再是正確的了。近來Virbhadra and Ellis研究了強(qiáng)場的情形[2]。他們利用漸進(jìn)平直背景度規(guī)獲得了透鏡方程，并且通過對星系中心的Schwarzchild黑洞的研究，來分析透鏡。除了原始成象和2次成像以外，他們還發(fā)現(xiàn)了兩組弱相對論圖象的無窮集的存在。 Fritelli 等人[3]在沒有參照任何背景度規(guī)的情況下得出了透鏡的精確方程，并將結(jié)果與Virbhadra and Ellis對Schwarzchild黑洞研究的結(jié)果相對比。在強(qiáng)場近似下，Bozza 等人[4]得到了關(guān)于相對論圖象的位置及放大率的解析式。在這篇文章中我們把緩慢旋轉(zhuǎn)的Kerr-Newman黑洞看作透鏡來研究其狀況，對強(qiáng)場透鏡理論中的帶電體的介紹是恰當(dāng)?shù)�，因�(yàn)閹щ姷腵黑洞被認(rèn)為是巨大的磁化恒星坍塌所形成的 。如果帶電的黑洞被置于密度很高的媒介中，雖然它從周圍有選擇性的吸收的某種增長物會中和其電荷，但當(dāng)Kerr-Newman黑洞被同步旋轉(zhuǎn)的帶相反電荷的磁氣圈圍繞時(shí)，它的放電速度就不會很快。這個(gè)結(jié)構(gòu)在無限空間中呈現(xiàn)出0靜電荷的狀態(tài)，因而只要它位于1低密度的環(huán)境中[5]，就能在相當(dāng)長的時(shí)間 內(nèi)存在。此外，由于顆粒在靜電極裂口處的加速度，導(dǎo)致磁氣圈產(chǎn)生觀測效應(yīng)，由Kerr-Newman黑洞產(chǎn)生的相對論旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致了可觀測的gamma射線的釋放[6]。因此，對帶電黑洞中其他可觀測信號的研究便引起了特殊的關(guān)注。
在本文的第2部分中，我們介紹了黑洞的RN度規(guī)和平直背景度規(guī)中的基本方程。RN度規(guī)情形同樣適用于研究低速旋轉(zhuǎn)的Kerr-Newman 黑洞。雖然高速旋轉(zhuǎn)的黑洞破壞了其本身的球?qū)ΨQ性，在透鏡的計(jì)算中引入了不必要的復(fù)雜因素，但并不會影響最后的結(jié)果。在第3部分中我們用強(qiáng)場近似得到關(guān)于相對論圖象的位置和放大率的解析表達(dá)式。在第4部分中我們用弱場近似計(jì)算了原始圖象和2次成像的位置和放大率。第5部分總結(jié)。
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