Динамика заряженных частиц и магнитных диполей вокруг намагниченных квази-шварцшильдовских черных дыр.

Аннотация

Аннотация: Поскольку общая теория относительности (ОТО) является классической теорией, она не свободна от проблем. Одна из основных проблем — это сингулярность. Сингулярность возникает как в центре черных дыр, так и в космологических моделях. Эти сингулярности приводят к бесконечным значениям. Например, в космологии начальная точка характеризуется бесконечной кривизной, бесконечной плотностью и бесконечной температурой. Таким образом, космологическая сингулярность присутствует в общей теории относительности. С астрофизической точки зрения сингулярность существует в центре черных дыр. Если рассчитать скаляр Кретшмана, кривизна в центре стремится к бесконечности. Однако бесконечности в физике указывают на наличие проблем и показывают, что общую теорию относительности нельзя применять во всех случаях. Существуют различные решения как в рамках ОТО, так и в альтернативных теориях гравитации для математического описания черных дыр, которые можно изучать, исследуя поведение пробных частиц вокруг черной дыры. Предполагая, что вокруг черной дыры существует магнитное поле и частицы обладают электрическим зарядом или магнитными свойствами, изучение таких процессов имеет важное значение для проверки теорий гравитации и изучения природы черных дыр. В данной работе рассматривается изменение эффективных потенциалов частиц при их движении вокруг черных дыр с аксиально-симметричным магнитным полем, а также на примере метрики Керра-Тауба-НУТа.

Цель: Изучение решений черных дыр в условиях квази-шварцшильдовской и конформной гравитации путем анализа движения частиц вокруг черной дыры.

Методология и методы: Математический аппарат макроскопической электродинамики в рамках ОТО; аналитические и численные методы решения уравнений движения частиц и полей. Изучение влияния параметров пространства-времени, участвующих в решениях, на движение частиц; оценка различий между такими решениями и решениями в рамках ОТО и их способности проявлять эффекты; оценка вклада внешнего магнитного поля в задачу.

Степень новизны результатов: Впервые изучено движение частиц вокруг черных дыр в условиях квази-шварцшильдовской и конформной гравитации при наличии внешнего магнитного поля и проведена оценка различий таких решений с решениями ОТО. Впервые оценено влияние внешнего электромагнитного поля на эти эффекты для рассмотренных решений. Оценена способность параметра деформации квази-шварцшильдовского решения замещать спин-параметр решения Керра в ОТО как в присутствии, так и в отсутствии внешнего магнитного поля.

Введение: Несмотря на попытки обнаружения нейтронных звезд, в центре Млечного Пути гравитационное взаимодействие привело к образованию сверхмассивной черной дыры Стрельца A*, радиосигналы которой являются переработанными радиоизлучениями. Отсутствие пульсаров вокруг Sgr может быть связано с распространением радиоволн в плазменной среде, окружающей черную дыру, или с воздействием магнитного поля, создаваемого электрическим током или магнитным зарядом центральной черной дыры, на дипольный момент нейтронной звезды. Стабильное и хаотичное движение нейтральных частиц, динамика заряженных частиц вокруг статических и вращающихся черных дыр и их квазигармонические колебания в асинхронных однородных внешних магнитных полях и плазменной магнитосфере окружают различные черные дыры. С помощью метода Ляпунова можно показать различия между регулярными и хаотическими орбитами. Кроме того, незначительные системные и гравитационные эффекты приводят к уменьшению хаотического движения.