Órbitas esféricas de fótons ao redor de um buraco negro de Kerr

Autor: Luís C. B. Crispino, Carolina L. Benone, Carlos A. R. Herdeiro, Luiz C. S. Leite, Sérgio Vinicius Monteiro C. B. Xavier
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Revista Brasileira de Ensino de Física, Volume: 42, Article number: e20200181, Published: 31 JUL 2020
Revista Brasileira de Ensino de Física v.42 2020
Revista Brasileira de Ensino de Física
Sociedade Brasileira de Física (SBF)
instacron:SBF
Revista Brasileira de Ensino de Física, Vol 42 (2020)
ISSN: 1806-9126
1806-1117
DOI: 10.1590/1806-9126-rbef-2020-0181
Popis: Resumo Buracos negros são regiões aprisionadas do espaço-tempo. A sua inexorável atração gravitacional determina que nada – nem mesmo a luz – pode escapar desta região. Logo, um buraco negro não pode ser observado diretamente. Tem de ser estudado pelo modo como influencia o movimento das partículas de matéria e os raios de luz ao seu redor. Estas trajetórias são determinadas (em uma certa aproximação) pelas geodésicas da geometria do buraco negro. Em particular, geodésicas nulas – aquelas que raios luminosos seguem – possuem considerável interesse astrofísico: representam como a radiação emitida ao redor do buraco negro, ou proveniente de fontes longínquas, é distorcida pelo buraco negro. Neste trabalho apresentamos as equações de movimento de raios de luz na geometria de Kerr, que descreve um buraco negro com rotação, utilizando a teoria de Hamilton-Jacobi. Em seguida, analisamos as condições de existência das órbitas esféricas de fótons ao redor do buraco negro. Estas órbitas, representando fortes encurvamentos da luz, são a chave para determinar a aparência ótica do buraco negro. Por fim, por meio de métodos computacionais, apresentamos graficamente algumas destas trajetórias. Abstract Black holes are trapped spacetime regions. Their inexorable gravitational attraction determines that nothing – not even light – may escape from this region. Thus, a black hole cannot be directly observed. It must be studied by the way it influences the motion of matter particles and light rays in its neighborhood. These trajectories are determined (within a certain approximation) by the black hole geometry's geodesics. In particular, null geodesics – those followed by light rays – possess considerable astrophysical interest: they represent how the radiation emitted around the black hole, or incoming from far away sources, is distorted by the black hole. In this work we present the equations of motion of light rays in the Kerr geometry, that describes a rotating black hole, making use of Hamilton-Jacobi theory. Subsequently, we analyze the conditions for the existence of spherical photon orbits around the black hole. These orbits, representing strong light bending, are the key to determine the optical appearance of the black hole. Finally, using computational methods, we exhibit plots illustrating some of these trajectories.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: