摘 要: 依照Peose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.
关键词: 时空奇点; 正则黑洞; 薄吸积盘
中图分类号: P 145.8 文献标识码: A 文章编号: 1000-5137(2014)04-0427-05
0 引 言
时空奇点被认为是广义相对论中最有趣也是最令人困惑的结论之一.奇点处是一个时空无限弯曲、经典物理理论行将失效的地方.因此,时空奇点成了广义相对论理论适用范围的一个限制.人们普遍认为,时空奇点的困难只能从量子引力中才能找到解决的方案.然而,迄今尚未有一个成熟的量子引力理论来解决时空奇点这一困难.因此,一类被称为正则黑洞的黑洞模型得到了广泛的关注.正则黑洞被认为能够在弱能情况下避免时空奇点的存在.相比于经典黑洞,它同样包含有事件视界,但它的中心不再是时空无限弯曲之处,取而代之的是一个时空曲率有限的点.并且,正则黑洞的度规也有别于爱因斯坦真空解.它的度规可从对爱因斯坦引力的修改或非线性磁单极的引力场中得到[1].
在1968年,Bardeen首次提出了满足上述情况的正则黑洞[2],在下文中称之为解B.该正则黑洞具有球对称的、静态的、渐进平坦的度规.在r→0的极限情况下,解将趋于de Sitter解,而在r→∞的极限下,将趋于Reissner-Nordstrm解.虽然正则黑洞B解并非来自于经典爱因斯坦方程,但后来被证明是能够从耦合了非线性磁单极的引力场中得到[3].正则黑洞B对后来正则黑洞的研究产生了深远的影响,一些相类似的正则黑洞解也相继被提出.2005年,何向楠提出了一个新的正则黑洞解,在下文中称之为解A.两类解具有相似的性质,但解A 是目前正则黑洞中最简单也是最小的正则黑洞模型[2].
一直以来,正则黑洞有别于经典黑洞的特性,在理论上没有更深入地进行探究.本文作者通过将正则黑洞纳入天文学观测的领域,希望对正则黑洞相关特性的研究起到一定的帮助.此方法也见于中子星和夸克星的薄吸积盘研究[4]以及Kerr黑洞的吸积盘研究[5].探讨了围绕于正则黑洞的薄吸积盘.薄吸积盘作为一种简单的吸积盘理论,它围绕在紧致星体的周围,形成一片类似土星光环形状的薄盘.盘中的主要成份为吸积得来的物质颗粒和气体.通过观察其中物质的运动,能够得到一些重要的天文学信息,并可能从中得到有关正则黑洞性质的线索.
薄吸积盘理论始于1972年Pringle和Rees,以及1973年Shakura和Sunyaev的工作. 发展至今,已形成了一套较完整的薄吸积盘稳态理论.盘的最内层具有一个稳定的运动轨道,处于此轨道上的物质以高速的运动来免于被黑洞吸收.在其他的轨道中,吸积等离子体将做开普勒运动[6]. 研究以下正则黑洞薄吸积盘的物理参量.其一是能量通量,考虑吸积盘以黑体辐射的方式传播能量,那么能量通量可以从盘表面处观测.其二是吸积效率,即在吸积过程中,黑洞将剩余质量转化成辐射的效率.最后,考虑吸积盘温度变化[7].对上述物理参量的讨论以及与Schwarzschild黑洞之间的比较,将在结论部分进行探讨.
3 结 论
本文作者讨论了两种简单正则黑洞的薄吸积盘,其吸积盘的能量通量、温度以及吸积效率,都比Schwarzschild 黑洞的情况高.两种正则黑洞的薄吸积盘运动都表现得更加活跃,盘内物质间的相互作用也更加剧烈.Schwarzschild黑洞解是爱因斯坦方程的精确解.从所探讨正则黑洞薄吸积盘的天文学信息看,本研究所考虑的正则黑洞并不同于Schwarzschild黑洞,这也意味着其解不太可能来源于经典爱因斯坦方程.文献中已指出,正则黑洞B的场源与非线性电动力学相关联[3].有朝一日,若正则黑洞能够被观测到,那么很有可能暗示着经典的爱因斯坦方程需要被修改或者纳入一些未曾考虑的相互作用.
参考文献:
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Abstract: The Peose′s cosmic censorship conjecture says that naked singularities do not exist in nature.So,it seems reasonable to further conjecture that not even a singularity exists in nature.In this paper,a regular black hole without singularity is studied in detail,especially on its thin accretion disk,energy flux,radiation temperature and accretion efficiency.It is found that the interaction of regular black hole is stronger than that of the Schwarzschild black hole. Furthermore,the thin accretion will be more efficiency to lost energy while the mass of black hole decreased. These particular properties may be used to distinguish between black holes.
Key words: singularity; regular black hole; thin accretion disk
(责任编辑:顾浩然)