广义相对论与量子宇宙学
[提交于 2017年11月6日
]
标题: 多态流体动力学涡旋的边缘稳定共振模式
标题: Marginally stable resonant modes of the polytropic hydrodynamic vortex
摘要: 多级流体动力学涡旋描述了一个有效的$(2+1)$维声学时空,在$r=r_{\text{c}}$处有一个内部反射边界。 这个物理系统,像旋转的Kerr黑洞一样,具有半径为$r_{\text{e}}$的能层和半径为$r_{\text{s}}$的非点状曲率奇点。 有趣的是,表征有效几何的的基本比值$r_{\text{e}}/r_{\text{s}}$仅由循环流体的无量纲多级指数$N_{\text{p}}$决定。 最近证明,在$N_{\text{p}}=0$的情况下,有效声学时空由一个{\it 无限}可数的反射表面半径集合,$\{r_{\text{c}}(N_{\text{p}};n)\}^{n=\infty}_{n=1}$,可以支持静态(边缘稳定)声模。 在本文中,我们使用{\it 分析的}技术来探讨多态流体动力学涡旋在$N_{\text{p}}>0$范围内的物理特性。 特别地,我们证明在这个物理范围内,有效的声学时空由一组{\it 有限}的反射表面半径$\{r_{\text{c}}(N_{\text{p}},m;n)\}^{n=N_{\text{max}}}_{n=1}$表征,这些半径可以支持边缘稳定的静态声模式(此处$m$是声学扰动场的方位调和指数)。有趣的是,已经通过分析证明,无量纲最外层支撑半径$r^{\text{max}}_{\text{c}}/r_{\text{e}}$,它标志着多态流体涡旋中超辐射不稳定性的发生,随着整数调和指数$m$的增加和无量纲多态指数$N_{\text{p}}$的减少而单调增加。
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