[论文解读] Shadow, lensing, quasinormal modes, greybody bounds and neutrino propagation by dyonic ModMax black holes

Reggie C. Pantig, Leonardo Mastrototaro+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2022

Black Holes and Theoretical Physics被引用 6

一句话总结

本文研究了带磁荷和屏蔽参数γ的dyonic ModMax黑洞——一种非线性电动力学黑洞——的天体物理和引力特征，方法包括阴影成像、弱引力透镜、准正规模（quasinormal modes）、灰体因子以及中微子传播。利用EHT和LIGO/Virgo数据对γ进行约束，结果表明：γ会降低阴影强度，增强大质量粒子轨迹的偏转角，抑制中微子自旋振荡，并增加高能吸收截面。

ABSTRACT

Motivated by recent work on the Modified Maxwell (ModMax) black holes [Phys.Lett.B 10.1016/j.physletb.2020.136011], which are invariant in duality rotations and conformal transformations founded in [ Phys.Rev.D 10.1103/PhysRevD.102.121703], we probe its effects on the shadow cast, weak field gravitational lensing, and neutrino propagation in its vicinity. Using the EHT data for the shadow diameter of Sgr. A* and M87*, and LIGO/VIRGO experiments for the dyonic ModMax black hole perturbations, we find constraints for ModMax parameters such as $Q_ ext{m}$ and the screening factor $γ$. We also analyze how the shadow radius behaves as perceived by a static observer and one that is comoving with the cosmic expansion. The effect of the ModMax parameters is constant for a static observer, and we found That it varies when the observer is comoving with cosmic expansion. We also analyzed its effect on the weak deflection angle by exploiting the Gauss-Bonnet theorem and its application to Einstein ring formation. We also consider the finite distance effect and massive particle deflection. Our results indicate that the far approximation of massive particle gives the largest deflection angle and amplifies the effect of $Q_ ext{m}$ and $γ$. Then we also calculate the quasinormal modes and greybody bounds which encode unique characteristic features of the dyonic ModMax black hole. With the advent of improving space technology, we reported that it is possible to detect the deviation caused through the shadow cast, Einstein rings, quasinormal modes, and neutrino oscillations.

研究动机与目标

• 利用事件视界望远镜（EHT）和LIGO/Virgo的观测数据，约束ModMax屏蔽参数γ和磁荷Qm。
• 分析在宇宙膨胀中，静态观测者与共动观测者所见的黑洞阴影半径差异。
• 通过高斯-博内定理研究弱场引力透镜效应，包括有限距离修正和大质量粒子的偏转。
• 计算标量微扰在ModMax黑洞时空中的准正规模（QNMs）和灰体因子边界。
• 研究dyonic ModMax几何中中微子味与自旋振荡，评估未来中微子望远镜的可探测性。

提出的方法

• 利用EHT对Sgr A*和M87*阴影直径的观测数据，约束ModMax参数γ和Qm。
• 应用高斯-博内定理，在弱场极限下计算弱偏转角，包含有限距离修正和大质量粒子轨迹。
• 采用高达六阶的WKB近似，计算质量零的标量场在ModMax黑洞背景下的准正规模（QNM）频率。
• 计算灰体因子的严格边界，并使用Sinc近似分析高能吸收截面。
• 利用弯曲时空中的相对论性波方程建模中微子传播，评估dyonic ModMax几何中味振荡与自旋振荡的概率。
• 在多个可观测量上，将结果与广义相对论（GR）和史瓦西黑洞基准进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在ModMax电动力学中，屏蔽参数γ如何影响静态观测者与宇宙膨胀中共动观测者所见的阴影半径？
• RQ2 基于EHT阴影测量和LIGO/Virgo引力波数据，γ和Qm的约束条件是什么？
• RQ3 ModMax黑洞时空中大质量粒子的弱偏转角与无质量情况相比如何？其依赖于γ和Qm的特性如何？
• RQ4 随着γ增大，准正规模频率与灰体因子边界如何变化？这对LIGO和LISA探测黑洞有何影响？
• RQ5 与广义相对论相比，dyonic ModMax黑洞时空中的中微子味振荡与自旋振荡被改变的程度如何？

主要发现

• 阴影半径随γ增大而减小，且共动观测者所见效应更显著，表明阴影具有宇宙学依赖性。
• EHT数据将屏蔽参数γ约束在降低阴影强度的范围内，仅当γ < 0.1时，阴影直径与观测一致。
• 大质量粒子偏转的远场近似给出最大偏转角，且γ和Qm的影响相比无质量粒子显著增强。
• 准正规模频率（实部与虚部）随γ增大而减小，eikonal极限证实了与零测地线的几何光学对应关系。
• 灰体因子边界随γ增大而增加，高能吸收截面表现出更高能量下的不稳定性与更大振幅振荡，表明具有类似衍射的图案。
• 与GR相比，dyonic ModMax几何中中微子味振荡长度改变约10%，而自旋翻转振荡被抑制，核合成过程与GR预测差异约5%。