[论文解读] Gravitational Lensing by Wormholes

Juan Manuel Tejeiro S., Eduard Alexis Larranaga R.|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2005

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 16

一句话总结

本文利用强场极限引力透镜理论，研究了渐近平直时空中的Morris-Thorne虫洞的引力透镜效应。研究发现，虫洞产生的偏转角与黑洞相似，表现为会聚透镜效应，因此仅通过引力透镜难以区分二者——这与Cramer等人及Savanao等人先前的主张相反。

ABSTRACT

Abstract. Natural wormholes and its astrophysical signatures have been sugested in various oportunities. By applying the strong field limit of gravitational lensing theory, we calculate the deflection angle produced by Morris-Thorne wormholes in asimptotically flat space-times. The results show that wormholes act like convergent lenses. Therefore it is hard to distinguish them from black holes using the gravitational lens effect, in contrast with the results reported by Cramer et.al. and Safanova et.al. 1.

研究动机与目标

• 检验虫洞是否会产生与黑洞不同的引力透镜特征。
• 解决先前研究中关于虫洞可通过透镜效应区分的不一致之处。
• 将引力透镜理论的强场极限方法应用于渐近平直时空中的Morris-Thorne虫洞。
• 确定透镜效应是否可作为区分虫洞与黑洞的判据。

提出的方法

• 采用引力透镜理论的强场极限近似，计算偏转角。
• 在渐近平直时空中建模Morris-Thorne虫洞的时空几何结构。
• 在强场条件下使用透镜方程分析图像形成与放大效应。
• 将所得透镜图案与黑洞预期的透镜图案进行比较。
• 应用解析方法，推导偏转角关于碰撞参数的函数关系。
• 通过收敛性和临界曲线评估透镜强度，分析透镜行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 引力透镜效应能否区分Morris-Thorne虫洞与黑洞？
• RQ2 在强场条件下，虫洞是否会产生独特的透镜特征？
• RQ3 在强场极限下，虫洞对光线的偏转角与黑洞相比如何？
• RQ4 虫洞的透镜行为是否与黑洞一样表现为会聚透镜效应？
• RQ5 先前关于虫洞具有可区分透镜效应的主张，在严格的强场分析下是否成立？

主要发现

• 虫洞产生的偏转角表现出与黑洞一致的会聚透镜行为。
• 强场极限分析表明，虫洞会产生多个相对论性图像，与黑洞形成的图像类似。
• 在强场区域，虫洞的透镜图案与黑洞的透镜图案无法区分。
• 结果与Cramer等人及Savanao等人先前的主张相矛盾，后者认为可通过独特的透镜效应探测虫洞。
• 在光子球附近，偏转角显著增大，表明其强透镜效应与黑洞相当。
• 虫洞表现为有效的会聚透镜，使得仅通过引力透镜观测难以实现其与黑洞的区分。