الوصفHorizon skimming Kerr orbit.gif	English: Photon orbit below the ergosphere and above the horizon of an extremal Kerr black hole. Spin parameter: a=1, direction of motion: prograde. Initial conditions: radius r=1.448GM/c², polar angle θ=90°, local equatorial inclination angle i=66.1391°, constants of motion: energy E=0.475744hf, axial angular momentum Lz=0.856004GMhf/c³, Carter constant Q=1.75361GMHf/c³. Left: x,z-projection, right: x,y-projection. For a close particle orbit see here.
التاريخ	٢٣ يونيو ٢٠١٧
المصدر	عمل شخصي
المؤلف	Yukterez (Simon Tyran, Vienna)
إصدارات أخرى

01) Coordinate time (GM/c^3)         11) BL r coordinate (GM/c^2)         21) Radius of gyration (GM/c^2)      31) Observed framedragging rate (c^3/G/M)
02) Affine parameter (GM/c^3)        12) BL φ coordinate (radians)        22) Cartesian radius (GM/c^2)        32) Local framedragging velocity (c)
03) 1st derivative (dt/dτ)           13) BL θ coordinate (radians)        23) BH Irreducible mass (M)          33) Cartesian framedragging velocity (c)
04) Grav. time dilation (dt/dτ)      14) dr/dτ (c)                        24) Kinetic energy (hf)              34) Proper velocity (c, dl/dτ)
05) Local energy (dt/dτ, mc^2)       15) dφ/dτ (c^3/G/M)                  25) Potential energy (hf)            35) Observed velocity (c, d{x,y,z}/dt)
06) Cartesian radius (GM/c^2)        16) dθ/dτ (c^3/G/M)                  26) Total energy (hf)                36) Escape velocity (c)
07) x Axis (GM/c^2)                  17) d^2r/dτ^2 (c^6/G/M)              27) Carter constant (GMhf/c^3)       37) Local r velocity (c)
08) y Axis (GM/c^2)                  18) d^2φ/dτ^2 (c^6/G^2/M^2)          28) φ angular momentum (GMhf/c^3)    38) Local θ velocity (c)
09) z Axis (GM/c^2)                  19) d^2θ/dτ^2 (c^6/G^2/M^2)          29) θ angular momentum (GMhf/c^3)    39) Local φ velocity (c)
10) travelled distance (GM/c^2)      20) Spin parameter (GM^2/c)          30) Radial momentum (hf/c)           40) Total local velocity (c)

All formulas come in natural units:

${\displaystyle {\rm {G=M=c=1}}}$

Coordinate time by proper time (dt/dτ):

${\displaystyle {\rm {{\dot {t}}={\frac {2\ E\ r\ \left(a^{2}+r^{2}\right)-2\ a\ L_{z}\ r}{\Delta \ \Sigma }}+E={\frac {\varsigma }{\sqrt {1-v^{2}}}}}}}$

Radial coordinate time derivative (dr/dτ):

${\displaystyle {\rm {{\dot {r}}={\frac {\Delta \ p_{r}}{\Sigma }}}}}$

Time derivative of the covariant momentum's r-component (pr/dτ):

${\displaystyle {\rm {{\dot {p}}_{r}={\frac {(r-1)\left(\mu \ \left(a^{2}+r^{2}\right)-k\right)+2\ E^{2}\ r\left(a^{2}+r^{2}\right)-2\ a\ E\ L_{z}+\Delta \ \mu \ r}{\Delta \ \Sigma }}-{\frac {2\ p_{r}^{2}\ (r-1)}{\Sigma }}}}}$

Relation to the local velocity:

${\displaystyle {\rm {p_{r}={\frac {v_{r}}{\sqrt {1+\mu \ v^{2}}}}{\sqrt {\frac {\Sigma }{\Delta }}}}}}$

Latitudinal time derivative (dθ/dτ):

${\displaystyle {\rm {{\dot {\theta }}={\frac {p_{\theta }}{\Sigma }}}}}$

Time derivative of the covariant momentum's θ-component (pθ/dτ):

${\displaystyle {\rm {{\dot {p}}_{\theta }={\frac {\sin \theta \ \cos \theta \left(L_{z}^{2}/\sin ^{4}\theta -a^{2}\left(E^{2}+\mu \right)\right)}{\Sigma }}}}}$

Relation to the local velocity:

${\displaystyle {\rm {p_{\theta }={\frac {v_{\theta }\ {\sqrt {\Sigma }}}{\sqrt {1+\mu \ v^{2}}}}}}}$

Longitudinal time derivative (dФ/dτ):

${\displaystyle {\rm {{\dot {\phi }}={\frac {2\ a\ E\ r+L_{z}\ \csc ^{2}\theta \ (\Sigma -2r)}{\Delta \ \Sigma }}}}}$

Time derivative of the covariant momentum's Ф-component (pФ/dτ):

${\displaystyle {\rm {{\dot {p}}_{\phi }=0}}}$

Carter-constant (I is the orbital inclination angel):

${\displaystyle {\rm {Q=p_{\theta }^{2}+\cos ^{2}\theta \left(a^{2}(\mu ^{2}-E^{2})+{\frac {L_{z}^{2}}{\sin ^{2}\theta }}\right)=a^{2}\ (\mu ^{2}-E^{2})\ \sin ^{2}I+L_{z}^{2}\ \tan ^{2}I}}}$

Carter k (constant):

${\displaystyle {\rm {k=a^{2}\left(E^{2}+\mu \right)+L_{z}^{2}+Q}}}$

Total energy (constant):

${\displaystyle {\rm {E={\sqrt {{\frac {(\Sigma -2\ r)\left({\dot {\theta }}^{2}\ \Delta \ \Sigma +{\dot {r}}^{2}\ \Sigma -\Delta \ \mu \right)}{\Delta \ \Sigma }}+{\dot {\phi }}^{2}\ \Delta \ \sin ^{2}\theta }}={\sqrt {\frac {\Delta \ \Sigma }{(1+\mu \ v^{2})\ \chi }}}+\Omega \ L_{z}}}}$

Angular momentum on the Ф-axis (constant):

${\displaystyle {\rm {L_{z}={\frac {\sin ^{2}\theta \ ({\dot {\phi }}\ \Delta \ \Sigma -2\ a\ E\ r)}{\Sigma -2\ r}}={\frac {v_{\phi }\ {\bar {R}}}{\sqrt {1+\mu \ v^{2}}}}}}}$

with the radius of gyration

${\displaystyle {\rm {{\bar {R}}={\sqrt {\frac {\chi }{\Sigma }}}\ \sin \theta }}}$

Frame Dragging angular velocity (dФ/dt):

${\displaystyle {\rm {\omega ={\frac {2\ a\ r}{\chi }}}}}$

Gravitational time dilation (dt/dτ):

${\displaystyle {\rm {\varsigma ={\sqrt {\frac {\chi }{\Delta \ \Sigma }}}}}}$

Local velocity on the r-axis:

${\displaystyle {\rm {{\frac {v_{r}}{\sqrt {1+\mu \ v^{2}}}}={\dot {r}}\ {\sqrt {\frac {\Sigma }{\Delta }}}}}}$

Local velocity on the θ-axis:

${\displaystyle {\rm {{\frac {v_{\theta }\ {\sqrt {\Sigma }}}{\sqrt {1+\mu \ v^{2}}}}={\dot {\theta }}\ \Sigma }}}$

Local velocity on the Ф-axis:

${\displaystyle {\frac {\rm {v_{\phi }}}{\sqrt {1+\mu \ {\rm {v^{2}}}}}}={\frac {\rm {L_{z}}}{\rm {{\bar {R}}_{\phi }}}}}$

with the cartesian coordinates:

${\displaystyle {\rm {x={\sqrt {r^{2}+a^{2}}}\sin \theta \ \cos \phi \ ,\ y={\sqrt {r^{2}+a^{2}}}\sin \theta \ \sin \phi \ ,\ z=r\cos \theta \quad }}}$

The observed velocity β is given by:

${\displaystyle {\rm {\beta ={\sqrt {(dx/dt)^{2}+(dy/dt)^{2}+(dz/dt)^{2}}}}}}$

The local escape velocity is given by the relation:

${\displaystyle {\rm {\varsigma =1/{\sqrt {1-v_{\rm {esc}}^{2}}}\ \to \ v_{\rm {esc}}={\sqrt {\varsigma ^{2}-1}}/\varsigma }}}$

Shorthand Terms:

${\displaystyle {\rm {\Sigma =a^{2}\cos ^{2}\theta +r^{2}\ ,\ \ \Delta =a^{2}+r^{2}-2r\ ,\ \ \chi =\left(a^{2}+r^{2}\right)^{2}-a^{2}\ \sin ^{2}\theta \ \Delta }}}$

Sources: ^{[1][2][3][4][5][6]}

1. ↑ Pu, Yun, Younsi & Yoon: General-relativistic radiative transfer in Kerr spacetime, p. 2+
2. ↑ Janna Levin & Gabe Perez-Giz: A Periodic Table for Black Hole Orbits, p. 30+
3. ↑ Scott A. Hughes: Nearly horizon skimming orbits of Kerr black holes, p. 5+
4. ↑ Janna Levin & Gabe Perez-Giz: The Phase Space Portrait, p. 2+
5. ↑ Misner, Thorne & Wheeler (MTW): The Bible نسخة مؤرشفة at the Wayback Machine, p. 897+
6. ↑ Simon Tyran: Kerr Orbits / Gravitationslinsen

أنا، صاحب حقوق التأليف والنشر لهذا العمل، أنشر هذا العمل تحت الرخصة التالية:

هذا الملفُّ مُرخَّصٌ برخصة المشاع الإبداعي الدَّوليَّة المُلزِمة بنسب العمل إلى مُؤَلِّفه وبترخيص المُشتقَّات بالمثل 4.0.

يحقُّ لك:

• مشاركة العمل – نسخ العمل وتوزيعه وبثُّه
• إعادة إنتاج العمل – تعديل العمل

حسب الشروط التالية:

• نسب العمل إلى مُؤَلِّفه – يلزم نسب العمل إلى مُؤَلِّفه بشكل مناسب وتوفير رابط للرخصة وتحديد ما إذا أجريت تغييرات. بالإمكان القيام بذلك بأية طريقة معقولة، ولكن ليس بأية طريقة تشير إلى أن المرخِّص يوافقك على الاستعمال.
• الإلزام بترخيص المُشتقات بالمثل – إذا أعدت إنتاج المواد أو غيرت فيها، فيلزم أن تنشر مساهماتك المُشتقَّة عن الأصل تحت ترخيص الأصل نفسه أو تحت ترخيص مُتوافِقٍ معه.

https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0CC BY-SA 4.0 Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 truetrue

• de.wikipedia.org/wiki/Apsidendrehung