Hawking radiation screening and Penrose process shielding in the Kerr black hole

Abstract

The radial motion of massive particles in the equatorial plane of a Kerr black hole is considered. Screening of the Hawking radiation and shielding of the Penrose process are examined (both inside and outside the ergosphere) and their effect on the evaporation of the black hole is studied. In particular, the locus and width of a classically forbidden region and their dependance on the particle's angular momentum and energy is analysed. Tunneling of particles between the boundaries of this region is considered and the transmission coefficient determined. keywords: Kerr geometry; black hole decay; quantum tunnelling. arXiv:1603.08774v1 [gr-qc]

Free-fall rainbow BTZ black hole

“…Since the Hawking radiation spectrum is dominated by low angular momentum modes [63], we can set L = 0 for simplicity. In this case, the effective Hawking temperature becomes…”

Radiation shielding of analog Bañados-Teitelboim-Zanelli black holes

“… 的存在，在流体中不能很好的模拟史瓦 西黑洞 [12] 。 使用类比方法研究克尔黑洞可能更具有现实意义，因为克尔黑洞更加接近天 体黑洞。克尔黑洞即旋转不带电的黑洞，它的旋转能量可以通过彭罗斯效应 [13] 提取出来。设想在旋转黑洞的能层中制造一对拥有正负能量的粒子；具有负能量 的粒子坠入旋转黑洞减少了黑洞的能量，另一个具有正能量的粒子得到黑洞减少 的能量并逃向无穷远处。模拟旋转黑洞需要得到它们在(2+1)维共形平坦的 slices [14] 。许多旋转黑洞如克尔黑洞和克尔纽曼黑洞都没有共形平坦的 slices [15] ， 因此不能得到这些时空的完整类比黑洞 [16] 。如在水流中实现有视界和静界的类比 黑洞 [17] ，在光子流体 [18] 中实现只有静界的类比黑洞 [19] 。 最近的一篇文章 [20] 在光子流体中给出了具有内部视界，外部视界和能层的类 比黑洞结构；并说明了在这个结构里可以实现霍金辐射的共振增强和超辐射。我 们改造了他们涡旋光的径向相位，得到了一个与 BTZ 黑洞结构相似的类比黑洞。 并利用黑洞的辐射屏蔽效应 [21][22][23]…”

“…(Color online) The classically forbidden region of the analog black hole at the static limit and outside the ergosphere. For the left plot, the yellow area between E  and E  is the classical forbidden area of radial motion at the static limit; for the right plot, the yellow area outside the static limit outside the angular momentum 的区域是经典禁区， 两个区域的交点就是粒子的转折点 [22] 。 我们考虑了能层内 (图…”

“…BTZ 黑洞的质量可以为正，也可以为负 [47] ；当 BTZ 黑洞的质量为负时，无质 量的粒子取任意的角动量和能量都可以逃逸到无穷远处 [48] 。因此我们选择 BTZ 黑 22)的系数 [22]  …”

“…实验室中的流体材料 [37] 通常由非线性甲醇石墨烯溶液填充到空腔构成，在光 子流体中形成类比黑洞通常需要两束相干光束经过实验流体，第一束光与空腔共 振形成光子流体，并产生一个黑洞背景。第二束具有特定频率的光在横向具体位 置提供一个局部激励，这个扰动将导致类声的波动，类声的波动会在横向平面从 光的入射点传播开 [32] 。 能区高角动量的粒子的经典禁区更宽 [22] ，类比黑洞能比较好的模拟 BTZ 黑洞。 感谢评审专家的有益建议。…”