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广义相对论与量子宇宙学

arXiv:2307.05844v2 (gr-qc)
[提交于 2023年7月11日 (v1) ,最后修订 2023年12月24日 (此版本, v2)]

标题: 非磁化等离子体中线性引力波和电磁波的自洽相互作用

标题: Self-consistent interaction of linear gravitational and electromagnetic waves in non-magnetized plasma

Authors:Deepen Garg, I. Y. Dodin
摘要: 本文探讨了非磁化等离子体中线性度量摄动与线性电磁(EM)扰动的混合问题,适用于广义背景度量。 对于非均匀等离子体,我们从第一原理推导出局部波的性质,而无需假设背景度量的任何对称性。 首先,我们推导出有效(“振荡中心”)哈密顿量,该哈密顿量控制了在预设准单色波中等离子体粒子的平均动力学行为,该波同时涉及度量摄动和电磁场。 然后,利用此哈密顿量,我们推导出等离子体粒子对波本身的反作用,并获得描述等离子体中产生的自洽引力-电磁(GEM)波的规范不变方程。 发现引力波的横向张量模式在几何光学极限下与等离子体和电磁模式无相互作用。 然而,对于折射率具有大值的“纵向”GEM模式,等离子体中的引力和电磁相互作用的相互作用可能有强烈影响。 特别是,Jeans模式的色散关系受到静电相互作用的显著影响。 作为副产品,我们的计算还提供了对所谓的Jeans骗局的另一种解决方法。
摘要: This paper explores the hybridization of linear metric perturbations with linear electromagnetic (EM) perturbations in non-magnetized plasma for a general background metric. The local wave properties are derived from first principles for inhomogeneous plasma, without assuming any symmetries of the background metric. First, we derive the effective (``oscillation-center'') Hamiltonian that governs the average dynamics of plasma particles in a prescribed quasimonochromatic wave that involves metric perturbations and EM fields simultaneously. Then, using this Hamiltonian, we derive the backreaction of plasma particles on the wave itself and obtain gauge-invariant equations that describe the resulting self-consistent gravito-electromagnetic (GEM) waves in a plasma. The transverse tensor modes of gravitational waves are found to have no interaction with the plasma and the EM modes in the geometrical-optics limit. However, for ``longitudinal" GEM modes with large values of the refraction index, the interplay between gravitational and EM interactions in plasma can have a strong effect. In particular, the dispersion relation of the Jeans mode is significantly affected by electrostatic interactions. As a spin-off, our calculation also provides an alternative resolution of the so-called Jeans swindle.
评论: 15页
主题: 广义相对论与量子宇宙学 (gr-qc) ; 宇宙学与非星系天体物理学 (astro-ph.CO)
引用方式: arXiv:2307.05844 [gr-qc]
  (或者 arXiv:2307.05844v2 [gr-qc] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2307.05844
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: JCAP02 (2024) 045
相关 DOI: https://doi.org/10.1088/1475-7516/2024/02/045
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来自: Deepen Garg [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2023 年 7 月 11 日 23:35:21 UTC (25 KB)
[v2] 星期日, 2023 年 12 月 24 日 21:19:34 UTC (255 KB)
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