Fenomena superradiasi lubang hitam reissner-nordstrom pada medan dirac

ABSTRAK

Fenomena Superradiasi merupakan proses di mana partikel dapat memperoleh energi dan momentum sudut yang lebih besar setelah berinteraksi dengan lubang hitam berputar. Penelitian ini menyajikan analisis Persamaan Dirac dalam ruang waktu Reissner-Nordstrom dan analisis keberadaan fenomena superradiasi untuk kasus medan Dirac di ruang-waktu Reissner-Nordstrom serta kasus medan Dirac non-linier yang menggambarkan geometri lubang hitam bermassa dan bermuatan listrik. Meskipun tidak berputar secara eksplisit, keberadaan muatan listrik pada lubang hitam dapat menginduksi efek frame dragging atau penarikan bingkai seperti pada lubang hitam berbutar. Melalui pendekatan persamaan Dirac yang dirumuskan dengan formalisme tetrad, medan elektromagnetik dan gravitasi yang ekstrem di dekat lubang hitam diperoleh solusi persamaan Dirac dan dihitung kekekalan arus yang terkait dengan kekal energi-momentum. Dari bentuk eksplisit arus ini, dievaluasi fluks energi dan momentum sudut yang masuk dan keluar dari ergoregion lubang hitam Reissner Nordstrom. Dengan membandingkan fluks arus masuk dan fluks arus yang dipantulkan, ditunjukkan bahwa superradiasi dapat terjadi ketika fluks arus yang dipantulkan lebih besar daripada fluks arus yang masuk. Hasil analisis ini memperluas penelitian selanjutnya mengenai interaksi partikel terhadap lubang hitam bermuatan dan berputar, serta memperluas tentang sifat-sifat lubang hitam yang terdampak oleh fenomena superradiasi.

ABSTRACT

Superradiation phenomenon is a process in which particles can obtain greater energy and angular momentum after interacting with a rotating black hole. This study presents the analysis of Dirac equation in Reissner-Nordstrom spacetime and the analysis of the existence of superradiation phenomenon for the case of Dirac field in Reissner-Nordstrom spacetime as well as the case of non-linear Dirac field describing the geometry of massive and electrically charged black hole. Although not explicitly rotating, the presence of electric charge in a black hole can induce a frame dragging effect as in a rotating black hole. Through the approach of the Dirac equation formulated with the tetrad formalism, the extreme electromagnetic and gravitational fields near the black hole are solved and the conservation of current associated with the conservation of energy-momentum is calculated. From the explicit form of this current, the energy flux and angular momentum entering and leaving the ergoregion of the Reissner Nordstrom black hole are evaluated. By comparing the incoming current flux and the reflected current flux, it is shown that superradiation can occur when the reflected current flux is larger than the incoming current flux. The results of this analysis extend future research on particle interactions with charged and rotating black holes, and expand on the properties of black holes affected by the superradiation phenomenon.

مستخلص البحث

ظاهرة السوبراشعاع هي عملية يمكن للجسيمات فيها اكتساب طاقة وزخم زاوي أكبر بعد التفاعل مع الثقب الأسود المتدوّر. تقدم هذه الدراسة تحليلاً لمعادلة ديراك في الزمكان والزمكان زمن فيريسنر-نوردستروم، وتحليلاً لوجود ظاهرة السوبراشعاع لحالة حقل ديراك في الزمكان زمن فيريسنر-نوردستروم وكذلك حالة حقل ديراك غير الخطية التي تصف الهندسة الهوائية للثقب الأسود ذي الكتلة والشحن الكهربائي. على الرغم من عدم التدوير بشكل صريح، يمكن أن يسبب وجود الشحن الكهربائي في الثقب الأسود تأثيرات سحب الإطار أو السحب الإطاري كما في الثقب الأسود المتدوّر. من خلال النهج المتبع لمعادلة ديراك المصاغة بواسطة الشكلية التتراد، يتم الحصول على حلول لمعادلة ديراك للميدان الكهرومغناطيسي والجاذبية القريبة من الثقب الأسود، ويتم حساب التدفق الثابت المتصل بثبات الطاقة-الزخم. من خلال شكل التدفق الثابت هذا، يتم تقييم تدفق الطاقة والزخم الزاوي الوارد والصادر من منطقة الجر الأسود فيريسنر نوردستروم. من خلال مقارنة تدفق الطاقة الواردة وتدفق الطاقة المنعكسة، يُظهر أن السوبراشعاع يمكن أن يحدث عندما يكون تدفق الطاقة المنعكسة أكبر من تدفق الطاقة الواردة. توسيع نتائج هذا التحليل يعزز البحث اللاحق حول تفاعل الجسيمات مع الثقوب الأسود المشحونة والمتدوّرة، ويوسع فهم الخصائص التي يتأثر بها الثقب الأسود نتيجة لظاهرة السوبراشعاع.