【摘 要】
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随着第一张黑洞照片的问世,对黑洞阴影的相关理论研究变得非常重要。在广义相对论的理论框架下,对于史瓦西黑洞,Synge首先计算了阴影的角半径,而后,Bardeen又第一个理论分析了旋转黑洞阴影的相关特征。但所有这些研究都是基于一个简单假设:光线沿类光测地线传播,并且不与任何物质发生相互作用。Perlick等人将这一工作向前推进了一步,考虑等离子体的折射效应,解析计算了在不考虑等离子体内部压强的条件下
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随着第一张黑洞照片的问世,对黑洞阴影的相关理论研究变得非常重要。在广义相对论的理论框架下,对于史瓦西黑洞,Synge首先计算了阴影的角半径,而后,Bardeen又第一个理论分析了旋转黑洞阴影的相关特征。但所有这些研究都是基于一个简单假设:光线沿类光测地线传播,并且不与任何物质发生相互作用。Perlick等人将这一工作向前推进了一步,考虑等离子体的折射效应,解析计算了在不考虑等离子体内部压强的条件下,非旋转黑洞的阴影半径和光子环半径,虽然考虑了光子与物质间的相互作用,但却并未记及等离子体引力场对时空度规产生的影响。在Perlick等人研究的基础上,考虑完全由氢等离子体包围的史瓦西黑洞,研究了等离子体的折射效应和引力效应分别对黑洞阴影和光子球半径产生的影响,并将这两种效应分别对应两个无量纲的特征参数。在氢原子中,引力相互作用与电磁相互作用的比值约为Gmemp/e2=4.4×10-40量级,而折射效应的本质其实还是电磁相互作用。通过实际计算,发现两种修正对黑洞阴影和光子球半径的影响都很小,并且对于质量远大于109 M?的活动星系核来说,引力效应带来的修正更大一些,这与氢原子的情况很不相同。修正结果分别用光线轨迹图和阴影亮度图的形式展现出来。另外,为了证实模型的合理性,对静态、球对称下等离子体包围的黑洞外部解进行了细致研究,在给出基本方程之后,分别求出了在p=0和σ=0两种近似条件下对应的解析解。与精确数值解进行比较发现,后一种近似下的解析解更接近精确数值解,证明了该模型的合理性。
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