Blandford-Znajek效应对活动星系核中心黑洞热力学演化的影响

黑洞和普通热力学系统有许多相似之处,同样存在热力学四定律,但黑洞的热力学第三定律(即不可能通过有限的物理过程使黑洞的表面温度降为零)却被认为缺乏严格论证,对于一个普通热力学系统,由Nernst定理知道,系统温度T→0时,等温过程的熵变δS→0,S(T=0,y)为常数,与系统的状态参量y无关,而对转动的Kerr黑洞,其表面温度T→0时,S却与黑洞的状态参量有关,似乎总能通过有限步骤的等温、绝热等过程实现T=0,从而违反热力学第三定律,天体物理中Bardeen的薄盘吸积与Abramowicz和Lasota的厚盘吸积过程就是迄今认识到的黑洞热力学第三定律的两个难题.     

黑洞热力学

黑洞物理学是一门新兴学科.1970年以前,黑洞物理学主要研究黑洞的运动学和动力学.1970年起,霍金(S.W.Hawking)、贝肯斯坦(J.D.Bekenstein)等在黑洞物理学中引进热力学,不久,霍金等又在黑洞物理学中引进量子力学和量子场论.这些年来,由于许多人的大量而出色的工作,形成了黑洞热力学和黑洞量子力学这两个分支.黑洞热力学和黑洞量子力学是现代黑洞物理学的主要组成部分,它们的历史还不到十年.本文试图对黑洞热力学作一概要的介绍.     

具有质量多极矩稳态轴对称黑洞的热力学性质

70年代以来,黑洞热力学的研究引起了人们极大的兴趣,取得了一系列有意义的结果.最近,文献[5]利用Gutsunayev-Manko度规和Castjon-Amenedo度规,对具有质量多极矩的稳态轴对称非Kerr黑洞的热力学性质进行研究,得到了几个有趣的结果.然而,从Einstein场方程可知,这几个度规只是多极矩场的某种近似结果:Gutsunayev-Manko度规为最低级Geroch-Hansen多极矩解,而Castjon-Amando度规为前四级Geroch-Hansen多极矩解.那么,在严格的无近似的情况下,具有质量多极矩的稳态轴对称黑洞的热力学性     

一种新的静态Manko黑洞和稳态Manko黑洞的热力学性质

为了更好地描述真实天体的引力场,Manko引入了两个具有任意多极矩的轴对称的Einstein场方程的精确解,其中一个是静态的,另一个是稳态的,它们都有视界,因此,它们代表了两个黑洞.但是,由于Manko黑洞的视界不是一个完整的光滑超曲面,其上存在着“洞”(裸奇点),所以,它们与Schwarzschild以及Kerr黑洞视界的拓扑结构(Euler示性数)不同.我们将通过对Manko黑洞视界温度的计算,阐明这类黑洞的热力学性质.文献[1]中给出了扁球坐标表示的静态轴对称、具有任意多极矩的Einstein场方程的解:     

一类荷色、荷电、荷磁的黑洞解

黑洞除了具有众所周知的质量、角动量和电荷这三根“毛发”外,还能具有其它“毛发”吗?这个问题最近引起了人们的极大兴趣,本文在文献[4]的基础上,研究引力与SU(5)大统一理论的耦合,我们得到耦合SU(5)Einsteio-Yang-Mills-Higgs系统的又一类静态球对称解,它代表一类具有QCD色荷、电荷及磁荷(±1/e)的黑洞。     

关于黑洞熵的物理意义的探讨

七十年代初,Bekenstein在黑洞物理学中引进了黑洞熵S_(BH)的概念。在Hawking发现了黑洞的“蒸发”现象后,黑洞熵作为黑洞热力学的基本概念得到了广义相对论工作者的     

动态Dilaton-Maxwell复合场及其黑洞的Hawking辐射

自从Balbinot使用并推广Davies等的方法来研究考虑到反作用时的蒸发黑洞的Hawking辐射,这一领域引起了人们广泛的兴趣.在导出蒸发黑洞度规的过程中,一般均在能动张量中引入发光率(Luminosity)为L的辐射作用项,从而将黑洞质量的减少归结为向外辐射流的作用.Dilaton-Maxwell复合场中除了电磁场外还存在着中性标量场(Dila ton场).标量-张量(ST)引力理论现在仍被认为是基础引力理论的一种允许的扩展形式.最近Turyshev利用弦理论给出Dilaton-Maxwell复合场一静态球对称解,并证明Dilaton荷     

2+1维荷电蒸发黑洞的Hawking辐射

起因于Hawking辐射的黑洞量子力学不稳定性的发现是近20年来量子场论中的最重要进展之一.这个重要的理论发现,不仅解决了黑洞热力学中存在的矛盾,而且深入地揭示了量子力学、热力学和引力论之间的内在联系.由于蒸发和吸积等物理过程,宇宙中黑洞必然是随时间变化的.因此深入研究这类黑洞的Hawking辐射,显然对于人们完整认识黑洞这种暗天体是有着重要意义的低维引力理论研究是理论物理中近几年来的一个热门课题,它对于量子引力理论研究有着重要的意义,相应的低维黑洞研究也日趋活跃.在文献[9,10]中分别对1+1维和2+1     

一个赤道具有高温的黑洞

文献[1]给出了一个具有任意多极矩变形质量的外部引力场的Einstein真空场方程静态渐近平直解.已证明x=1的超曲面是它的事件视界,而内禀奇点出现在赤道(x=1,y=0)上.这是一个非常特殊而又有趣的天体模型.下面我们将讨论它的热力学性质,计算此黑洞的视界表面重力和视界温度.     

Kerr-Newman-Kasuya时空中荷电荷磁Dirac粒子的Hawking辐射与内禀奇异区的热辐射

把磁单极子概念应用到黑洞理论中,得出了双子黑洞,即Kerr-Newman-Kasuya黑洞,对双子黑洞的量子效应已有了一些讨论。在本文中,我们讨论了任意Kerr-Newman-Kasuya黑洞视界曲面上荷电荷磁Dirac粒子的Hawking辐射与内禀奇异区的热辐射,利用对称零标架技巧,计算了旋系数,导出了Dirac方程,并在视界曲面附     

耦合SU(2)Einstein-Yang-Mills-Higgs系统本质非Abell黑洞的存在性

当考虑引力与一个Abell规范场(电磁场)耦合时,唯一性定理告诉我们,具有质量、角动量和电荷(磁荷)的Kerr-Newman度规是Einstein-Maxwell方程的最一般的渐近平直黑洞解,当把情形推广到引力与非Abell规范场耦合时,人们发现非Abell规范场不为零的能动张量会引起时空弯曲,并导致很多新的结果.而最令人感兴趣的是由此得到的黑洞解是否携带有本质非Abell荷.为了研究这个问题,必须研究引力与Yang-Mills场和Yang-Mills-Higgs场的耦合.     

黑洞热力学第零定律的恰当表述

通常认为,黑洞热力学第零定律是指“稳态黑洞视界面上的表面重力K是一个常数”。它相应于通常热力学中,处于热平衡的系统各点有相同的温度。然而,真正的热力学第零定律应该是指“热平衡具有传递性”。由此可以证明热力学系统存在一个表征热平衡状态的态函数——温度。“处于热平衡的物体,各点有相同的温度”只不过是热力学第零定律的一个推论。     

匀速直线运动的克尔-纽曼黑洞的吸积

天体的物质吸积一直是天体物理学家感兴趣的现象,人们也已经得到了若干黑洞吸积的精确解.本文研究了一个作匀速直线运动的克尔-纽曼黑洞的吸积问题,获得一个解析解.将参考系选为黑洞静止参考系,将物质流近似为理想流体且旋度为零,流的速度矢量hu_μ可以表达为一个势ψ的梯度.得到势ψ所满足的微分方程(ψ~(,a));_a=0在克尔-纽曼黑洞时空的具体形式.在两个边界条件(即无穷远处势ψ的表达式和粒子数n在外事件视界上的有限性)下求得势ψ的微分方程的解.利用此解计算速度矢量各分量nu_μ,发现一般情况下,吸积流是三维的,即是空间3个坐标(r,θ,ф)的函数,不具备球对称性和轴对称性.最后计算出物质吸积速率,此速率取决于黑洞基本参量质量、电荷和角动量.     

弯曲时空背景下的Bose子束缚态

本文旨在证明Kerr-Newman-Kasuya时空背景下的有质量的Klein-Gordon方程,在中性Bose子极端黑洞形式(M~2=a~2+Q~2+φ~2)下存在束缚态解。在0相似文献   

关于非Abel群的双荷子问题

在文献[1]中,李华钟、洗鼎昌及郭硕鸿发展了一种球面上联络-规范势对应的方法,得出了有SU(2),SO(5),SO(N)对称的无源规范场磁单极解,并指出规范变换和球面上标架转动的关系。最近,我们证明了双荷子和外电磁场的相互作用能用通常电磁势A_c~μ=(A_c,φ_e)     

人类首次探测到中子星-黑洞并合

<正>2020年1月5日,美国的地基激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, LIGO)探测到首例中子星-黑洞并合事件GW200105.这是继2015年9月14日探测到双黑洞并合引力波事件GW150914、2017年8月17日探测到双中子星并合事件GW170817之后,人类首次探测到中子星-黑洞并合事件(图1和2).     

双子黑洞的量子效应

Kasuya最近研究了含有磁单极或双子的引力场,得到Kerr-Newman型时空中的双子解(Kerr-Newman-Kasuya解)。此解可以描述含有四个参量(质量M,角动量J,电荷Q和磁荷φ)的黑洞,即,比Kerr-Newman黑洞更为一般的K-N-K黑洞(双子黑洞)。我们将指出,在考虑量子效应的情况下,这种黑洞也是热的,也要产生热辐射和非热辐射,甚至可以辐射磁单     

变加速直线运动黑洞的非热辐射

本文研究了作变加速直线运动的蒸发黑洞的非热辐射。利用弯曲时空中的Hamilton-Jacobi方程,计算出了Dirac正负能级的精确表达式,在视界附近出现了正负能级交错,这种交错会导致自发辐射的产生。黑洞的加速度和黑洞表面的电磁势是产生能级交错和非热辐射的根源。黑洞的蒸发也会对能级分布及非热辐射产生影响。值得注意的是,对于变加速直线运动的蒸发黑洞,非热辐射的频率范围与极角有关,这是不同于稳态黑洞的一个特点。     

含宇宙弦或整体单极子的Schwarzschild黑洞热力学性质

当具有渐近平直边界条件时,黑洞热力学遵循Bardeen等提出的四条基本定律。而对于不具有渐近平直边界条件的Schwarzschild型黑洞,这四条定律是否仍然成立值得研究。因为近来人们发现一些规范理论可导致诸如整体单极子、宇宙弦等一类拓扑缺陷。这些拓扑缺陷代表了在早期宇宙中可能出现的物质。它们的出现可能会在宇宙中引起一些重要的、     

太空突破:人类捕获首张黑洞照片

<正>天文学家捕获首张黑洞照片,开启了人类对宇宙中最神秘天体的一场认知革命。照片显示了一个由尘埃和气体构成的光环,勾勒出了一个巨大黑洞的轮廓,这个黑洞位于距离地球5 500万光年外的大质量星系M87中心。什么是黑洞?100多年前,爱因斯坦提出广义相对论,把引力视为由物质和能量造成的时空弯曲,最早预言了黑洞的存在。