Тени черных дыр и характеристические поверхности в потоках массивных частицНИР

Shadows of black holes and characteristic surfaces in the flows of massive particles

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Тени черных дыр и характеристические поверхности в потоках массивных частиц
Результаты этапа: Впервые было предложено обобщение фотонных поверхностей, введенных Клауделем, Вирбхадрой и Эллисом, на случай массивных заряженных частиц. Мы установили ключевую теорему о геометрической природе поверхностей массивных заряженных частиц. Наиболее важным моментом теоремы является утверждение о фундаментальных формах поверхностей массивных частиц без ссылок на уравнения динамики мировых линий и представляет собой модификацию полностью омбилического условия для фотонных поверхностей. Выведено условие устойчивости мировых линий, лежащих на поверхности массивной частицы. Был рассмотрен ряд известных примеров решений электровакуумной и скалярно-тензорной теории, демонстрирующих применение разработанного формализма. В частности, он использован для поиска маргинально стабильных орбит, областей стабильных или нестабильных сферических орбит, стабильных и нестабильных фотонных поверхностей. Мы также обобщили концепцию поверхностей массивных частиц на наиболее релевантный случай стационарных решений (например, пространства с вращением, такие как Керр, и т.д.) и получили ограничения на тензор электромагнитного поля. В рамках изучения проблем интегрируемых динамических систем мы также обнаружили, что в пространствах-временах со скрытыми симметриями, описываемых послойно-редуцируемыми конформными полями Киллинга второго ранга, массивные поверхности частиц могут быть найдены среди срезов соответствующего слоения. Причем такие поверхности склеиваются нетривиальным способом. Мы исследовали связь между явлением склейки и образованием послойно редуцируемого конформного тензора Киллинга. В частности, мы обнаружили, что существование слоения со слоями из склеенных поверхностей массивных частиц максимального порядка может служить хорошим индикатором существования тензора Киллинга, и наоборот. Чтобы охватить чрезвычайно актуальный и широкий пласт проблем описания гравитационного линзирования с учетом влияния плазмы, нами был описан рецепт обобщения всех ранее полученных в проекте результатов на случай частиц переменной массы. А затем для общего пространства-времени с послойно-редуцируемым точным или конформным тензором Киллинга нами были получены явно координатно независимые аналитические выражения, определяющие области фотонов/массивных частиц и контуры гравитационных теней для нейтральных частиц с переменной массой. Эти выражения напрямую применимы к нейтральным элементарным и составным частицам, таким как нейтрино, фотоны, неионизированные атомы и т. д. Используя концепцию координатно-зависимой массы, полученные результаты естественным образом были обобщены и включили в себя важный случай фотонов в ненамагниченной плазме без давления, распределение которой наследует симметрии пространства-времени. Были сформулированы общие координатно-независимыме условия на функцию массы или распределение плазмы обеспечивающие интегрируемость уравнений движения в интегрируемом пространстве-времени. Полученные нами выражения обладают преимуществом полностью инвариантной конструкции, сочетающей в себе простоту и универсальность. Мы продемонстрировали, что фактически вся структура гравитационной тени и области массивных частиц определяется одной лишь матрицей тени или гравитационной S-матрицей (по аналогии с квантовой теорией), которая имеет удивительно простую форму и глубоко связана с поверхностями массивных частиц. В частности было исследовано асимптотическое поведение результатов и полученной формулы тени для асимптотически удаленного наблюдателя. Данный анализ приводит к нескольким потенциально перспективным методом определения массы таких частиц как нейтрино и распределений плазмы в окрестности черных дыр. Использование полученных формул облегчает прямое построение теневых изображений массивных частиц и фотонов в плазме путем простой замены явных составляющих метрики в исходном виде без необходимости проведения вспомогательных вычислений. Эта универсальность распространяется на широкий спектр решений в области супергравитации и низкоэнергетических пределов теории струн. Разработанная схема иллюстрируется различными примерами. Мы исследовали эффекты распределений плазмы, напоминающих струи, аккреционные диски и околосферические туманности, обсуждая их влияние на область массивных частиц. Кроме того, мы рассмотрели пример 5D-геодезических, сведенных к 4D-системе с переменной эффективной массой, которую можно интерпретировать как взаимодействие со скалярным полем в модели ЭМД. Эти концепции может найти применение в астрофизике, аналоговых моделях гравитации и физике конденсированного состояния.
2 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Тени черных дыр и характеристические поверхности в потоках массивных частиц
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".