暗物质背景下黑洞物理及其应用
文献类型：学位论文
| 作者 | 徐兆意
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| 答辩日期 | 2018-07-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 王建成 |
| 关键词 | 引力场方程 理想流体暗物质 KN-ADS黑洞 NJ方法 暗物质分布模型 |
| 学位专业 | 天体物理 |
| 其他题名 | The Study of Black Hole Physics in Dark Matter Background and Applications |
| 英文摘要 | 暗物质与星系中心超大质量黑洞的相互作用是天体物理最有趣的课题之一，问题主要体现在两个方面，首先是黑洞附近的暗物质如何改变黑洞时空度规，进而影响黑洞的各种物理性质；其次，中心超大质量黑洞的存在将会改变黑洞附近暗物质的空间分布，即被广泛研究过的Spike现象（Spike：暗物质在黑洞附近的分布呈现尖峰形式）。本文主要对前一个问题做了一系列的研究，其大致内容为，一是研究唯象的暗物质模型(理想流体暗物质模型)对黑洞时空度规的作用，扩展了爱因斯坦引力场方程的解，并对这些新黑洞解做了一定的分析，然后将得到的解用来解释LSB（低表面亮度）星系中旋转曲线多样性与椭圆星系中质量随半径的幂率分布规律；二是发展了一般的方法去研究给定暗物质分布的时候中心黑洞的时空度规，同时讨论了球对称情况与轴对称情况，得到了暗物质影响黑洞时空的一般表达式，对于特殊的冷暗物质模型和标量暗物质模型做了分析。接下来将详细地介绍工作的思路及其主要结果：首先，考虑理想流体物质背景下场方程的Kerr-Newman-ADS(KN-ADS)黑洞解。在理想流体的状态方程为常数的情况下，利用Newman-Jains(NJ)方法，将球对称的RN黑洞推广到Kerr-Newman(KN)黑洞，然后通过分析带有宇宙学常数的爱因斯坦引力场方程，将宇宙学常数考虑到KN黑洞度规里面去。之后详细分析了这些黑洞的性质。发现对于状态方程为$-1/3$时，该黑洞解描述理想流体暗物质背景下的黑洞解，利用这个黑洞解，我们可以在唯象模型的情况下研究黑洞与暗物质的相互作用。另一方面，我们还得到了理想流体暗物质背景下黑洞时空的另一种形式，虽然在较大尺度上行为与之前的类似，但对于黑洞的影响却不一样。其次，在考虑理想流体物质背景下KN-ADS黑洞的基础上，我们将其推广到了Rastall引力模型中，得到了Rastall引力模型中KN-ADS黑洞解，并对理想流体表现为暗能量与暗物质的情况作了详细的分析，尤其是得到了满足弱能量条件与强能量条件时候参数$\alpha$的取值范围。同时，我们分析指出，当考虑暗物质的时候，通过调节Rastall参数，能够解释LSB星系中旋转曲线的多样性。这些观测将进一步限制Rastall引力的物理本质。再次，对理想流体暗物质背景下的球对称黑洞或轴对称黑洞解的研究，我们尝试利用这些黑洞解理解椭圆星系的质量幂率分布的理论起源，得到了星系状态方程与幂率指数的一般表达式。同时利用119个椭圆星系的引力透镜数据分析，得到了这些椭圆星系的状态方程，发现这些状态方程的值在$-1/3$附近，这表明对于椭圆星系的物质成分，主要由暗物质主导，这与之前的观测结果一致，反过来，这也暗示了我们对椭圆星系幂率规律理论解释的正确性。另一方面，利用理想流体暗物质模型，我们对漩涡星系旋转曲线多样性进行了很好的数据拟合。最后，利用数值模拟或经验近似得到的暗物质分布模型，我们构造了纯暗物质背景下的时空度规，将这些暗物质分布决定的能动张量代入爱因斯坦引力场方程之中，利用史瓦西黑洞为边界条件，我们得到了这些暗物质晕下的球对称黑洞解。进一步，利用NJ方法，将这些球对称黑洞推广到了轴对称黑洞。对于冷暗物质模型与标量暗物质模型我们得到了具体黑洞解的形式。同时对实际的星系暗物质参数，我们进行了数值计算，发现暗物质对黑洞视界与黑洞能层的改变及其微小，大概为$10^{-7}$个数量级。但是由于黑洞的引力，暗物质的能量密度（约等于质量密度）分布也会出现CUSP现象。 |
| 学科主题 | 天文学 ; 天体物理学 ; 高能天体物理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 99 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/25416]  |
| 专题 | 云南天文台_高能天体物理研究组 |
| 作者单位 | 中国科学院云南天文台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 徐兆意. 暗物质背景下黑洞物理及其应用[D]. 北京. 中国科学院大学. 2018. |
入库方式： OAI收割
来源：云南天文台
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