行星轨道的相对论方程

应用Hamilton原理,找到引力场中自由粒子的拉格朗日函数,同时考虑史瓦西度规和拉格朗日方程,推导出行星绕太阳运动的轨道方程。     

大质量天体会使时空弯曲,那天体内部及表面的时空是怎样的?

<正>A:根据广义相对论,质量会使时空弯曲,因此不论是在天体的内部还是外部,时空都会由于天体质量的影响而弯曲。但是对于不同的天体,其内部与外部的时空弯曲方式会有一定的不同,原则上都可使用广义相对论的引力方程求解。时空的弯曲程度由"度规"来描述。如果将天体看作是球对称的,那么其外部真空中的时空弯曲由史瓦西度规来表示。对于像黑洞这种特殊的天体,由于其质量都坍缩到了奇点,因此严格来说没有内外之分;但是对于黑洞来说,由于视界内的事件无法被观测到,而视界的大小可由史瓦西半径近似得到,因此史瓦西半径可以被看作是黑洞的"表面"。在史瓦西半径这个表面以内,真空球对称这个条件依然满足,所以其时空弯曲还是由史瓦西度规描述,在此半径内时空     

Horndeski引力时空中的准开普勒运动

Horndeski引力理论是标量张量修改引力理论中的集大成者。本文基于Horndeski引力度规张量,推导试验粒子在准开普勒运动中的二阶后牛顿解,以研究Horndeski引力中标量场对试验粒子准开普勒运动产生的效应。对Horndeski引力度规张量做二阶后牛顿近似展开,计算试验粒子的拉格朗日量、轨道能量以及角动量,由此表示的准开普勒运动的半长轴和偏心率。利用偏近点角和真近点角之间的关系,推导了准开普勒运动的运动方程和周期。     

Anti-de Sitter时空中的标量粒子及标量场

首先给出AdS时空的度规,并构造出AdS时空背景下标量粒子和标量场的作用量.由最小作用量原理得到相应的欧拉方程并采用数值法求解方程,结果表明:自由点粒子在AdS时空背景下的运动轨迹为螺线管状,说明弯曲时空AdS对点粒子具有等效的向心力作用.采用渐近边界条件求解标量场方程,结果显示标量场的径向分布与其质量和空间维度有密切关系.     

TeVeS理论下的球对称客体周围的运动特性

为了得到TeVeS理论的可观测效应,通过Hamilton-Jacobi方法来讨论球对称星外部测试粒子的运动特性.定义了一些特征物理量,例如稳定圆轨道rsc和不稳定圆轨道rue,最小约化角动量L~lowest和临界约化角动量L~crit·特别的给出在这些量关于参数k和K的函数图像.     

活动星系核吸积盘辐射的研究

在标准吸积盘辐射模型的基础上,考虑了不同的质量吸积率、不同的无量纲旋转参数a(中心黑洞为克尔黑洞)、最小稳定轨道半径处存在的约束(产生一个矩)和吸积盘表面磁场的存在(喷流辐射与吸积盘辐射之间存在一定的耦合)对吸积盘辐射的影响。结果表明,中心黑洞为正旋转的克尔黑洞比史瓦西黑洞辐射的峰值及峰值频率大,负旋转的克尔黑洞比史瓦西黑洞辐射的峰值及峰值频率小,质量吸积率越大峰值和峰值频率变大,无量纲黑洞旋转参数a越大峰值与峰值频率越大,喷流辐射能量和吸积盘辐射能量之比越大峰值和峰值频率越小,辐射效率越大峰值和峰值频率越大。     

引力场中自旋粒子运动的非线性效应

研究了轴对称引力场中准经典自旋粒子的短程线运动.由自旋空间一般形式的Killing方程导出了以这些方程解形式出现的运动常量.主要讨论在赤道平面的特殊情况,由于场源具有角动量,自旋粒子在Kerr场中的运动不同于史瓦西场中的情况.     

动态Kerr黑洞的非热辐射

利用弯曲时空中标量粒子运动的Hamilton-Jacobin方程,研究动态Kerr黑洞周围时空中标量粒子的能量分布,得到了粒子的能量分布不仅与粒子的质量、角动量有关,还与黑洞的时空结构及视界的变化有关.给出了黑洞发生自发辐射的能量条件.     

旋量场背景下宇宙弦引力场

考虑静质量为零的中微子背景,探讨了背景场对整体宇宙弦核外引力场的影响,采用通常的静态柱对称度规,运用共动Ｃａｒｔａｎ标架场方法求解弯曲时空中旋量场的Ｄｉｒａｃ方程进而求出旋量场的能动张量,将其能动张量与宇宙弦（核外）的能动张量叠加,求出了中微子场背景下整体宇宙弦为源的Ｅｉｎｓｔｅｉｎ方程的线性近似解,其度规为通常的结果加上旋量场的贡献,即在通常对数排斥势的基础上获得了一项附加的对数引力势的修正,对     

正则静态黑洞的薄吸积盘

依照Penrose的宇宙检察猜想,自然界不存在裸奇性.所以,值得进一步考虑的是自然界根本不存在奇性.讨论了没有奇点的正则黑洞,并研究史瓦西黑洞和正则黑洞在天体物理学中的区别.研究围绕正则黑洞的薄吸积盘,比较了不同正则黑洞之间薄吸积盘的能量通量,辐射温度和吸积效率.结果显示,正则黑洞薄吸积盘内的相互作用比史瓦西的更加强.此外,随着正则黑洞质量不断地减少,薄吸积盘会更有效地消耗能量.这些特征提供了一种区分出正则黑洞的可能性.     

挠率-物质非最小耦合f（T）引力中无奇异物质的虫洞

虫洞是设想中连接遥远时空区域的隧道.在广义相对论中,虫洞只能由违反能量条件的奇异物质支持.而本研究考虑在挠率-物质非最小耦合的f(T)引力中,由非奇异的物质支持的虫洞.研究发现,挠率与物质的非最小耦合确实能支撑虫洞的打开.然而,就几何角度而言,为使虫洞时空渐进平坦,耦合的物质密度必须在大半径处迅速衰减.否则在有限远处,或是度规变号,或是虫洞无法有效嵌入于四维欧氏空间,这些都会导致虫洞只有有限大小.另-方面,支撑虫洞的物质源只在喉的某个邻域内满足类光能量条件.因此,当前模型中的虫洞只有有限大小,无法扩展到整个时空.     

Kerr-Newman时空中带电旋转粒子的Hawking辐射

拓展Banerjee和Majhi研究黑洞Hawking辐射的方法,在保持时空中总能量、总电荷和总角动量守恒的条件下,利用新定义的Tortoise坐标变换研究带电旋转黑洞的Hawking辐射.在考虑辐射粒子对时空的反作用后,不但得到满足量子力学幺正性原理的黑洞辐射谱.而且在结果中显示,由带电旋转粒子引起的辐射谱中类似化学势的项,入射波与出射波的贡献是相等的.使人们对黑洞Hawking辐射的物理机理又有了一种新的理解.     

五维旋转带电黑洞的Hawking辐射

利用Damour—Ruffini方法,对五维旋转带电时空背景下黑洞的Hawking辐射谱与辐射温度进行了研究。在计算过程中,取时空中总能量守恒、总角动量守恒和总电荷守恒,并考虑黑洞辐射粒子对时空的反作用。发现黑洞辐射谱不再是严格的纯热谱,辐射谱与黑洞的Bekenstein—Hawking熵差有关。计算结果表明,不仅黑洞辐射谱满足量子理论的幺正性,而且能给出黑洞辐射的整个过程。     

盘吸积过程物理意义的新考察

本文利用稳态吸积盘角动量守恒条件,详尽地考察了盘吸积的物质过程,简单而有效地导出了吸积盘的径向吸积速率。其数学结果与流体力学方程组的解完全一致,但对物理过程的分析却显得非常直观,为盘吸积过程提供了明晰的物理图象。     

Hydrodynamic turbulence cannot transport angular momentum effectively in astrophysical disks

The most efficient energy sources known in the Universe are accretion disks. Those around black holes convert 5-40 per cent of rest-mass energy to radiation. Like water circling a drain, inflowing mass must lose angular momentum, presumably by vigorous turbulence in disks, which are essentially inviscid. The origin of the turbulence is unclear. Hot disks of electrically conducting plasma can become turbulent by way of the linear magnetorotational instability. Cool disks, such as the planet-forming disks of protostars, may be too poorly ionized for the magnetorotational instability to occur, and therefore essentially unmagnetized and linearly stable. Nonlinear hydrodynamic instability often occurs in linearly stable flows (for example, pipe flows) at sufficiently large Reynolds numbers. Although planet-forming disks have extreme Reynolds numbers, keplerian rotation enhances their linear hydrodynamic stability, so the question of whether they can be turbulent and thereby transport angular momentum effectively is controversial. Here we report a laboratory experiment, demonstrating that non-magnetic quasi-keplerian flows at Reynolds numbers up to millions are essentially steady. Scaled to accretion disks, rates of angular momentum transport lie far below astrophysical requirements. By ruling out purely hydrodynamic turbulence, our results indirectly support the magnetorotational instability as the likely cause of turbulence, even in cool disks.     

用旋量零标架方法导出带电Schwarzschild黑洞时空中Dirac粒子的能级

用旋量零标架方法对带电Schwarzschild黑洞(Reissner—Nordstrom)时空中旋量粒子的Dirac方程分离变量，并退耦为普通微分方程组，从所获得的径向方程和角向方程出发进一步导出了Dirac粒子的能级方程。     

MHD吸积盘上两种能量转移机制的比较

MHD张力在黑洞吸积盘模型的角动量转移上扮演重要的角色，大尺度上的MHD力矩促进吸积盘垂直向的角动量转移，并出现与吸积相关的各种流的普遍现象，而且能够影响吸积盘的辐射谱。在标准吸积盘辐射模型的基础上，考虑坡印廷流主导（Poynting-fluxdominated）和物质流主导（Mass—fluxdominated）（质量吸积率随吸积盘的半径而变化），对吸积盘辐射产生的变化。理论表明两种主导因素对标准吸积盘的辐射能够产生很好的修正。同时两种主导模型之间也存在着一定的差别。坡印廷流主导的盘产生的辐射峰值频率比物质流主导的要高。物质流主导的吸积盘产生的辐射谱型在低频部分要比坡印廷流主导的要平坦。     

CM天体引力场中试验粒子测地线方程的后牛顿算法

从后牛顿展开形式的度规张量出发,采用后牛顿近似方法讨论了具有磁荷和磁矩(CM)天体引力场中试验粒子的测地线方程,当略去磁矩和磁荷部分的影响时,方程回到Schwarzschild场的测地线方程。这套方程对于研究试验粒子轨道的长期演变对星系演化的影响有重要意义。     

一般静态球对称黑洞的熵

本文运用ｂｒｉｃｋ－ｗａａｌ模型计算了一般静态球对称黑洞背景下量场的自由能和熵，得到了自由能和熵的一般表达式，且当静态球对称黑洞为Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ黑洞、Ｒｅｓｓｎｏｒ－Ｎｏｒｄ－ｓｔｒｏｍ黑洞、Ｄｌａｔｏｎ黑洞时，料贩表达式相应的化为Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ黑洞，Ｒｅｓｓｎｏｒ－Ｎｏｒｄｓｔｒｏｍ黑洞，Ｄｉｌａｔｏｎ黑洞的熵。