[论文解读] Strong gravitational lensing of a 4D Einstein-Gauss-Bonnet black hole in homogeneous plasma

Xing-hua Jin, Yuan-Xing Gao+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2020

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 7

一句话总结

本文研究了均匀电浆中4D爱因斯坦-高斯-博内（EGB）黑洞的强引力透镜效应，推导了强偏差极限下的偏转角。结果表明，EGB耦合常数α和电浆显著改变了光子球半径及透镜观测量，尽管当α/M² ≈ –8或1时，电浆对角分离度和相对放大率的影响可忽略不计。

ABSTRACT

We investigate the strong gravitational lensing of spherically symmetric black holes in the novel Einstein-Gauss-Bonnet(EGB) gravity surrounded by unmagnetised plasma medium. The deflection angle in the strong deflection limit in EGB spacetime with homogeneous plasma is derived. We find that both the coupling constant $\alpha$ in the novel EGB gravity and the presence of plasma can affect the radius of photon sphere, strong field limit coefficient and other lensing observables significantly. While plasma has little effect on the angular image separation and the relative magnifications as $\alpha/M^2 o -8$ and $\alpha/M^2 o 1$, respectively.

研究动机与目标

• 研究在无磁化电浆存在下，球对称4D爱因斯坦-高斯-博内黑洞的强引力透镜效应。
• 推导被均匀电浆包围的EGB黑洞在强偏差极限下的偏转角。
• 研究EGB耦合常数α和电浆密度对透镜观测量（如光子球半径和强场极限系数）的影响。
• 评估电浆对关键透镜量（如角分离度和相对放大率）的相对影响。

提出的方法

• 将强偏差极限（SDL）方法适配于4D爱因斯坦-高斯-博内引力中的均匀电浆介质，以计算偏转角。
• 利用球对称4D EGB黑洞的度规，确定光子球半径和透镜系数。
• 将电浆色散关系引入零测地线方程，以模拟电浆对光子轨迹的折射效应。
• 推导强场极限系数和透镜观测量（包括角分离度和相对放大率）的解析表达式。
• 进行数值分析，评估透镜观测量对EGB耦合常数α和电浆参数的依赖性。
• 比较真空与电浆环境下的透镜行为，尤其针对α/M² ≈ –8和1的极端值。

实验结果

研究问题

• RQ1 在均匀电浆存在下，EGB耦合常数α如何影响光子球半径？
• RQ2 电浆介质在4D EGB黑洞时空中在多大程度上改变了强场极限系数及其他透镜观测量？
• RQ3 电浆对强引力透镜中角分离度和相对放大率有何影响？
• RQ4 在EGB引力中存在电浆时，其透镜观测量与标准广义相对论或真空EGB情形相比如何？

主要发现

• EGB耦合常数α显著改变了光子球半径，表明在强场区域与广义相对论存在强烈偏离。
• 均匀电浆的存在改变了强场极限系数及其他透镜观测量，尤其在非零α时更为显著。
• 当α/M² ≈ –8和α/M² ≈ 1时，电浆对角分离度和相对放大率的影响可忽略不计，表明这些观测量对电浆扰动具有鲁棒性。
• 在均匀电浆中，EGB黑洞的强偏差极限偏转角已获得解析推导，从而可实现定量透镜预测。
• 光子球半径和透镜观测量对α和电浆密度的依赖关系非平凡，凸显了修正引力与电浆效应之间的相互作用。
• 结果表明，电浆可作为探测器，用于在强场透镜场景中区分EGB引力与广义相对论，尤其当α非零时。