黑洞能量提取率极限的初步探讨

原始彭若斯过程从旋转黑洞中提取能量的提取率极限为29.0%,两个史瓦西黑洞并合形成新的史瓦西黑洞而释放能量的极限也是初始能量的29.0%。文章在回顾这两种从黑洞中提取能量机制的基础上,探索提高黑洞能量提取率的方案。考虑两个克尔黑洞碰撞过程,得到了能量提取率的一般表达式,给出了当■时的一级近似解,并发现可提取能量的最大提取率发生在a=M_0,即在极端克尔黑洞碰撞的情况下,其提取率为50.0%。此外,考虑3个史瓦西黑洞的并合过程,根据黑洞面积不减定理计算表明,当3个史瓦西黑洞质量相同时,能量提取率达极大值42.3%。这两种方案的能量提取率极限均高于传统的29.0%。     

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。     

动态时空视界位置和温度

只要动态时空中的黑洞仍然保持“黑洞”的基本性质——类光无穷远处的观测者得不到它内部的信息,这个“洞”就应该是一个黑体,其辐射应该是黑体辐射.虽然视界的位置和温度随时间变化,但它每一瞬间发出的辐射均应具有普朗克谱.从以往的研究知道,在稳态时空中采用 Tortoise 坐标时,K-G 方程的径向方程在视界附近会化成平直时空中无质量粒子的波动方程形式.利用这一特性可以容易地证明黑洞产生平衡热辐射.我们认为,既然动态时空中的黑洞每一瞬间产生的辐射仍具有普朗克谱,那么动态时     

修正Rastall引力中的黑洞时空

本文对Rastall引力理论进行了修正,并假设能动张量在弯曲时空中满足■传统的Rastall引力理论的具体假设条件有所不同,但是并不违背Rastall原有的理论思想.通过该假设我们得到了此修正引力理论中的静态带电黑洞解.在这个黑洞时空中,通过选择Rastall引力参数,可以得到Λ0的Anti-de Sitter时空,或者Λ0的de Sitter时空,甚至可以构造出没有引力常数的(Anti-)de Sitter时空.我们具体分析了n=1,2, 3三种情况下的球对称黑洞解的形式,并且通过调节λ得到各种不同类型的黑洞时空.我们的结果表明:在传统的Rastall引力理论中(n=1的情况),等效宇宙学常数的符号由Λ和λ同时决定; n=2时,我们发现即使Λ=0的情况下,我们依然有一个(Anti-)de Sitter解,这表明即使在Rastall理论中,(Anti-)de Sitter的真空黑洞解不一定依赖于宇宙常数存在与否,这有助于我们去理解暗能量的性质和Anti-de Sitter/共性场论(AdS/CFT)对应机制的物理本质.本文将对这几种时空进行具体分析.     

稳态和动态Kerr-Newman黑洞时空中的同时面

讨论了Kerr-Newman黑洞和动态Kerr-Newman黑洞时空中的同时面问题，指出虽然全局性的统一时刻不可能建立，但时空中可以有二维同时面存在．作为一种特殊情况，一个无限趋近于黑洞视界面的曲面可以是一个二维同时面。     

奇异稳态黑洞的热性质

我们考查了一类具有质量多极矩的稳态轴对称黑洞.它们不是Kerr黑洞,时空中均存在裸奇性.这类黑洞具有角动量和拖曳效应,存在能层.研究表明,这类黑洞的转动角速度Ω_H为零,即(1)式中ξ为局部视界的位置.我们认为这类黑洞的角动量只能起源于内禀自旋,因而这是一类具有内禀自旋的黑洞. 利用表面重力公式     

Schwarzschild de Sitte黑洞的面积谱

结合Maggiore关于QNMs的新解释和黑洞热力学第一定律,我们对de Sitter时空中Schwarzschild黑洞在接近极端情况下的面积谱进行了讨论.其结果表明,面积谱和熵谱是等间隔的,与黑洞的参数无关.     

以波检验非奇异静态球对称黑洞的共形不变性

共形不变性可以改善或消除存在于黑洞中的奇点,并且这一-性质可能仍然存在于这些黑洞附近的强引力区域中.本文作者尝试通过研究非奇异静态球对称黑洞对波的吸收和散射来检验这种共形不变性.给出了不同共形参数下黑洞的部分和全吸收截面,以及微分散射截面.由于所研究的时空与史瓦西黑洞背景时空是共形相关的,光子轨迹没有区别,但波动光学却受到共形参数的影响.研究结果表明,波的吸收通常随着共形参数的增加而增加,而黑洞的阴影仍然与史瓦西时空的情况相同.此外,随着共形参数的增加,散射的振荡模式中的峰值向较小的观察角度偏移,而辉光散射下峰值的宽度没有表现出敏感的依赖性.因此,共形引力中,非奇异静态球对称黑洞对波的吸收和散射的独特特征,在低频区可以将其与史瓦西黑洞区分开来,在高频极限及辉光峰的对比中,则可以与其他替代引力的球对称黑洞区分开来.     

Dilaton-Maxwell黑洞的视界表面引力及量子非热辐射特征

通过研究在Dilaton-Maxwell黑洞时空中粒子运动的Hamilton-Jacobi方程,讨论了此黑洞的视界表面引力及量子非热辐射特征,其中采用了近来提出的新Tortoise坐标变换。结果表明,在新的Tortoise坐标变换下同样可以得到Dilaton-Maxwell黑洞的Dirac能级分布特征。     

Kerr黑洞的辐射谱

将研究黑洞辐射温度的Damour-Rufl]ni方法延拓到研究Kerr黑洞辐射谱.在保持时空中总能量和总角动量守恒的条件下,考虑辐射粒子对时空的反作用后,得到了黑洞辐射谱不再是严格的纯热谱,在我们的结论中,不但含有辐射粒子能量的影响项,而且含有辐射粒子角动量对黑洞角动量的影响项.所给表达式与Parjkh和Wilczek及其它人后来的表达式一致,满足量子力学的幺正性原理.     

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．     

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.     

一个稳态轴对称非Kerr黑洞时空中的粒子能级与非热辐射

黑洞质量多极矩的存在和裸奇点的出现对视界附近的粒子能级分布产生强烈的影响，在非Keer黑洞视界附近有正、负能级交错区，其粒子能级交错区与稳态Kerr黑洞时空中的情形不同，稳态非Kerr黑洞的非热辐射与质量多极矩有关。     

缓变动态Kerr黑洞视界附近的辐射能通量和辐射功率

采用黑洞的薄膜模型和局域热平衡的假定,研究缓变动态Kerr黑洞视界附近的辐射能通量和辐射功率,得到了缓变动态Kerr黑洞的热辐射满足广义Stefan-Boltzmann定律的结论。当截断距离以及薄膜厚度取定后,Kerr黑洞视界附近标量场的辐射能通量与辐射功率不仅与黑洞的质量有关,还与黑洞的视界变化率有关,表明黑洞周围的引力场和视界的变化均对黑洞的热辐射产生影响。     

静态球对称黑洞引力自旋场的辐出度

利用静态球对称黑洞引力自旋场的统计熵,导出静态球对称黑洞引力自旋场的辐出度,得到了黑洞的辐出度与黑洞视界温度的四次方成正比的结论.发现Stefan—Boltzmann系数不同于平直时空的值,并且在不同时空度规中该系数有不同的值.     

弯曲时空中的COW相移及Anandan-Stodolsky效应

本文以Schwarzschild和Kerr度规为例,讨论了弯曲时空的COW相移及A-S效应.给出了新的附加相移项及其物理解释,并指出,在极端Kerr黑洞视界附近,新的相移项之贡献将是主要的     

Vaidya黑洞周围时空中Dirac粒子的辐射谱及Wien位移定律

利用Vaidya黑洞Dirac场的瞬时辐出度，导出黑洞的辐射谱及Wien位移定律．结果表明黑洞的辐射谱不仅与黑洞的视界温度有关，还与黑洞的质量及视界的变化率有关．因辐射粒子的种类不同，导出的两类粒子的Wien位移定律略有不同．     

On thermodynamical evolution of Kerr black holes in active galactic nuclei

The effect of Blandford-Znajek process on the thermodynamical evolution of Kerr black holes in active galactic nuclei is discussed. It is demonstrated that a black hole does not evolve into an extreme Kerr state provided anti-accretion process exists.     

用共形平直方法研究一般球对称带电蒸发黑洞的温度

球对称动态时空中,用Tortoise坐标表示的二维时空线元在黑洞视界附近一定显示共形于二维Minkowski时空线元,由此可以定出一般球对称带电蒸发黑洞视界的位置和温度,并进一步指出了它是K G方程在视界附近能化成波动方程标准形式的几何根源.