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广义相对论与量子宇宙学

arXiv:1711.02105 (gr-qc)
[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

Authors:Shahar Hod
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。
摘要: The polytropic hydrodynamic vortex describes an effective $(2+1)$-dimensional acoustic spacetime with an inner reflecting boundary at $r=r_{\text{c}}$. This physical system, like the spinning Kerr black hole, possesses an ergoregion of radius $r_{\text{e}}$ and an inner non-pointlike curvature singularity of radius $r_{\text{s}}$. Interestingly, the fundamental ratio $r_{\text{e}}/r_{\text{s}}$ which characterizes the effective geometry is determined solely by the dimensionless polytropic index $N_{\text{p}}$ of the circulating fluid. It has recently been proved that, in the $N_{\text{p}}=0$ case, the effective acoustic spacetime is characterized by an {\it infinite} countable set of reflecting surface radii, $\{r_{\text{c}}(N_{\text{p}};n)\}^{n=\infty}_{n=1}$, that can support static (marginally-stable) sound modes. In the present paper we use {\it analytical} techniques in order to explore the physical properties of the polytropic hydrodynamic vortex in the $N_{\text{p}}>0$ regime. In particular, we prove that in this physical regime, the effective acoustic spacetime is characterized by a {\it finite} discrete set of reflecting surface radii, $\{r_{\text{c}}(N_{\text{p}},m;n)\}^{n=N_{\text{max}}}_{n=1}$, that can support the marginally-stable static sound modes (here $m$ is the azimuthal harmonic index of the acoustic perturbation field). Interestingly, it is proved analytically that the dimensionless outermost supporting radius $r^{\text{max}}_{\text{c}}/r_{\text{e}}$, which marks the onset of superradiant instabilities in the polytropic hydrodynamic vortex, increases monotonically with increasing values of the integer harmonic index $m$ and decreasing values of the dimensionless polytropic index $N_{\text{p}}$.
评论: 13页
主题: 广义相对论与量子宇宙学 (gr-qc) ; 高能天体物理现象 (astro-ph.HE); 高能物理 - 理论 (hep-th)
引用方式: arXiv:1711.02105 [gr-qc]
  (或者 arXiv:1711.02105v1 [gr-qc] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.1711.02105
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Physics Letters B 774, 368 (2017)
相关 DOI: https://doi.org/10.1016/j.physletb.2017.09.087
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来自: Shahar Hod [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2017 年 11 月 6 日 19:00:06 UTC (15 KB)
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