Energy-level shifts of a stationary hydrogen atom in a static external gravitational field with Schwarzschild geometry

he first order perturbations of the energy levels of a stationary hydrogen atom in a static external gravitational field, with Schwarzschild metric, are investigated. The energy shifts are calculated for the relativistic 1S, 2S, 2P, 3S, 3P, 3D, 4S, 4P, 4D, and 4F levels. The results show that the energy-level shifts of the states with total angular momentum quantum number 1/2 are all zero, and the ratio of absolute energy shifts with total angular momentum quantum number 5/2 is 145. This feature can be used to help us to distinguish the gravitational effect from other effects.

Schwarzschild generalized black hole horizon and the embedding space

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Absorption cross section of electromagnetic waves for Schwarzschild black holes

The absorption cross section of black holes has been investigated for various fields. Nevertheless, the absorption cross section of Schwarzschild black holes for the electromagnetic field has been only calculated in the low- and high-frequency approximations until now. Here we compute it numerically for arbitrary frequencies.

Interaction of Hawking radiation with static sources in de Sitter and Schwarzschild-de Sitter spacetimes

We study and look for similarities between the response rates R-dS(a(0),Lambda) and R-SdS(a(0),Lambda,M) of a static scalar source with constant proper acceleration a(0) interacting with a massless, conformally coupled Klein-Gordon field (i) in de Sitter spacetime, in the Euclidean vacuum, which describes a thermal flux of radiation emanating from the de Sitter cosmological horizon and (ii) in Schwarzschild-de Sitter spacetime, in the Gibbons-Hawking vacuum, which describes thermal fluxes of radiation emanating from both the hole and the cosmological horizons, respectively, where Lambda is the cosmological constant and M is the black hole mass. After performing the field quantization in each of the above spacetimes, we obtain the response rates at the tree level in terms of an infinite sum of zero-energy field modes possessing all possible angular momentum quantum numbers. In the case of de Sitter spacetime, this formula is worked out and a closed, analytical form is obtained. In the case of Schwarzschild-de Sitter spacetime such a closed formula could not be obtained, and a numerical analysis is performed. We conclude, in particular, that R-dS(a(0),Lambda) and R-SdS(a(0),Lambda,M) do not coincide in general, but tend to each other when Lambda-->0 or a(0)-->infinity. Our results are also contrasted and shown to agree (in the proper limits) with related ones in the literature.

Is the equivalence for the response of static scalar sources in the Schwarzschild and Rindler spacetimes valid only in four dimensions?

It was shown recently that in four dimensions scalar sources with fixed proper acceleration minimally coupled to a massless Klein-Gordon field lead to the same responses when they are (i) uniformly accelerated in Minkowski spacetime (in the inertial vacuum) and (ii) static in the Schwarzschild spacetime (in the Unruh vacuum). Here we show that this equivalence is broken if the spacetime dimension is more than four.

Schwarzschild and de Sitter solutions from the argument by Lenz and Sommerfeld

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Radiation interference from sources rotating around Schwarzschild black holes

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Do static sources outside a Schwarzschild black hole radiate?

We show that static sources coupled to a massless scalar field in Schwarzschild spacetime give rise to emission and absorption of zero-energy particles due to the presence of Hawking radiation. This is in complete analogy with the description of the bremsstrahlung by a uniformly accelerated charge from the coaccelerated observers' point of view. The response rate of the source is found to coincide with that in Minkowski spacetime as a function of its proper acceleration. It is interesting that this quantum result appears to reflect the classical equivalence principle.

Interaction of Hawking radiation with static sources outside a Schwarzschild black hole

We show that the response rate of (i) a static source interacting with Hawking radiation of a massless scalar field in Schwarzschild spacetime (with the Unruh vacuum) and that of (ii) a uniformly accelerated source with the same proper acceleration in Minkowski spacetime (with the Minkowski vacuum) are equal. We show that this equality will not hold if the Unruh vacuum is replaced by the Hartle-Hawking vacuum. It is verified that the source responds to the Hawking radiation near the horizon as if it were at rest in a thermal bath in Minkowski spacetime with the same temperature. It is also verified that the response rate in the Hartle-Hawking vacuum approaches that in Minkowski spacetime with the same temperature far away from the black hole. Finally, we compare our results with others in the literature.

Radiação emitida por uma carga elétrica orbitando um buraco negro de Schwarzschild segundo Teoria Quântica de Campos

Desenvolvemos a quantização do campo vetorial não massivo no espaço-tempo de Schwarzschild, e calculamos a potência irradiada por uma carga elétrica em órbita circular em torno de um objeto com massa M em ambos os espaços-tempos. Em Minkowski é encontrada a expressão analítica da potência irradiada utilizando teoria quântica de campos e assumindo gravitação newtoniana. O resultado obtido é equivalente ao resultado clássico, dado que o cálculo é realizado em nível de árvore. Dadas as dificuldades matemáticas encontradas ao se tentar obter soluções expressas em termos de funções especiais conhecidas, em Schwarzschild o problema é abordado de duas formas: solução analítica no limite de baixas freqüências, e resolução numérica. O primeiro caso serviu como cheque de consistência para o método numérico. Em Schwarzschild, o cálculo também é realizado utilizando teoria quântica de campos em nível de árvore, e a expressão da potência é encontrada analiticamente na aproximação de baixas freqüências e através de métodos numérico. Após a comparação dos resultados, concluímos que, para uma mesma velocidade angular de rotação da carga (medida por observadores estatísticos assintóticos), a potência irradiada em Minkowski é maior que a potência irradiada em Schwarzschild.

Seção de choque de absorção de buracos negros de Schwarzschild e de buracos acústicos canônicos

Na presente dissertação calculou-se a seção de choque de absorção de buracos negros de Schwarzschild para os campos escalar não massivo e eletromagnético. Também calculamos a seção de choque de absorção de buracos acústicos canônicos. Utilizamos um método numérico para obter os resultados em freqüências arbitrárias. Obtemos também expressões analíticas para as seções de choque de absorção nos limites de baixas e altas freqüências. Os resultados numéricos estão em excelente concordância com os valores das seções de choque de absorção em baixas e altas freqüências obtidos analiticamente. No limite em que a freqüência tende a zero, a seção de choque de absorção tende ao valor da área do horizonte de eventos tanto para o caso do campo escalar não massivo em Schwarzschild quanto para o buraco acústico canônico. Entretanto, a medida que a freqüência aumenta, estes resultados se tornam bastante distintos. Isto mostra que, apesar de a forma do espaço-tempo não exercer influência sobre a seção de choque escalar no limite em que a freqüência tende a zero, ela é determinante fora desse limite. Observamos também que os valores das seções de choque de absorção escalar e eletromagnética em Schwarzschild coincidem para freqüências e momentos angulares suficientemente grandes. O spin da partícula espalhada, neste caso, apesar de ter grande influência a baixas energias, é menos importante para o valor da seção de choque de absorção quanto maiores forem a freqüência e o momento angular da onda incidente.

Massima estensione della soluzione di Schwarzschild e diagrammi di Penrose

Il punto di partenza dell'elaborato riguarda il modo in cui si giunge, a partire dalla relatività ristretta, a quella generale. Quest'ultima viene poi identificata come una teoria della gravitazione in cui si ottengono le equazioni di campo. Da qui si discute la soluzione delle equazioni di Einstein trovata da Schwarzschild evidenziandone i limiti. Si procede alla estensione di questa soluzione introducendo dapprima le coordinate di Eddington-Finkelstein e poi l'estensione massima data da Kruskal. Infine viene mostrato come è possibile compattificare l'infinito spaziotempo in una regione finita senza alterare la struttura causale. Questo viene fatto tramite delle trasformazioni particolari: le trasformazioni conformi. I diagrammi spaziotemporali che si ottengono dopo la compattificazione conforme sono conosciuti come i digrammi di Penrose e qui si vede come ottenere quelli dello spaziotempo di Minkowski e quelli dello spaziotempo della soluzione di Schwarzschild.

Two temperature viscous accretion flows around rotating black holes: Description of under-fed systems to ultra-luminous X-ray sources

We discuss two temperature accretion disk flows around rotating black holes. As we know that to explain observed hard X-rays the choice of Keplerian angular momentum profile is not unique, we consider the sub-Keplerian regime of the disk. Without any strict knowledge of the magnetic field structure, we assume the cooling mechanism is dominated by bremsstrahlung process. We show that in a range of Shakura-Sunyaev viscosity parameter 0.2 greater than or similar to alpha greater than or similar to 0.0005, flow behavior varies widely, particularly by means of the size of disk, efficiency of cooling and corresponding temperatures of ions and electrons. We also show that the disk around a rotating black hole is hotter compared to that around a Schwarzschild black hole, rendering a larger difference between ion and electron temperatures in the former case. With all the theoretical solutions in hand, finally we reproduce the observed luminosities (L) of two extreme cases-the under-fed AGNs and quasars (e.g. Sgr A') with L greater than or similar to 10(33) erg/s to ultra-luminous X-ray sources with L similar to 10(41) erg/s, at different combinations of mass accretion rate, ratio of specific heats, Shakura-Sunyaev viscosity parameter and Kerr parameter, and conclude that Sgr A' may be an intermediate spinning black hole.