物理與材料科學學院教師劉航與巴西圣保羅大學合作者在Physical Review D上發(fā)表論文“Quasinormal modes of analog rotating black holes in a two-dimensional photon-fluid model”。論文研究了通過光子流體構(gòu)建的類比黑洞時空背景中無質(zhì)量標量場擾動的似正規(guī)模，從而揭示了這類黑洞的動力學特性。
黑洞似正規(guī)模被稱作是黑洞的特征聲音，是黑洞物理中幫助我們理解時空本質(zhì)的關(guān)鍵研究方向之一。近年來，國際上雖然利用引力波探測器直接探測到了天體物理環(huán)境中雙黑洞并合釋放的引力波信號，然而目前我們對黑洞物理的觀測研究仍然受到很大限制。基于此，人們發(fā)展出了一套實驗室中構(gòu)建類比黑洞的方法，試圖通過類比黑洞的研究幫助我們理解真實的黑洞，從而驗證廣義相對論以及其他引力理論。特別是通過研究類比黑洞中的霍金輻射現(xiàn)象，將有助于加深我們對彎曲時空量子場論的理解，甚至提供量子引力研究的新線索。
近年來受到廣泛關(guān)注的一種新的類比黑洞構(gòu)建方案是在光子流體背景中施加渦旋光，使得光場的密度擾動在該背景中的運動方程滿足無質(zhì)量標量場在一個旋轉(zhuǎn)黑洞時空中的Klein-Gordon方程，從而構(gòu)建出了一個類比的旋轉(zhuǎn)黑洞。我們研究了該類比旋轉(zhuǎn)黑洞時空中的無質(zhì)量標量場擾動的似正規(guī)模頻譜，分析了這類頻譜是如何依賴于黑洞參數(shù)的，從而幫助我們了解這類黑洞的動力學性質(zhì)，為今后實驗室中探測黑洞似正規(guī)模信號提供了理論基礎(chǔ)。此外，我們發(fā)現(xiàn)該類比黑洞事件視界的角速度可以任意大，這跟廣義相對論預(yù)言的傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)Kerr黑洞顯著不同，其角速度受到弱宇宙監(jiān)督猜想限制會有一個上限。通過對似正規(guī)模頻譜的分析，我們還發(fā)現(xiàn)該黑洞角速度任意大的特性并不會破壞黑洞的穩(wěn)定性，從而保證了實驗室中構(gòu)建這類黑洞的先決條件。
該工作近期被Physical Review D接收發(fā)表。天津師范大學物理學院劉航為論文第一作者兼通訊作者，天津師范大學為第一單位。該成果得到了國家自然科學基金青年項目（No.12305071）的支持。
論文鏈接：
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.110.024035
科研進展