Electromagnetic Waves in Dispersiveand Refractive Relativistic Systems

Abstract

Studium paprsků (světočar světla) hraje významnou roli v mnoha astrofy- zikálních aplikacích a je předmětem intenzivního výzkumu, především v rámci tzv. gravitačního čočkování. Provedené studie se většinou zabývají šířením světla ve vakuu. V případě, že je studován průchod světelných paprsků refraktivním a disperzním prostředím charakterizovaným indexem lomu n, je třeba vzít v potaz efekty, které se v takovém prostředí objevují, což daný problém značně kompli- kuje. Práce se zabývá studováním paprsků pohybujících se ve zjednodušených refraktivních a disperzních systémech (např. rovinné vrstvy s rozdílnými rych- lostmi prostředí) za použití Hamiltonových pohybových rovnic. Dále je studován pohyb paprsků v okolí Kerrovy černé díry a zkoumány jejich přístupové oblasti v případě radiálně se měnící rychlosti refraktivního prostředí obklopujícího černou díru. Vzhledem k nedávnému zvýšení množství publikací zabývajících se zkouma- nou problematikou byla také sepsána podrobná rešerše shrnující nejvýznamnější v posledních letech dosažené výsledky. 1

Study of light rays (light world lines) plays a significant role in many of astro- physical applications. Light rays are mainly studied in terms of so-called grav- itational lensing. However, the majority of studies are mainly focused on light propagation in vacuum. If the refractive and dispersive medium characterised by refractive index n is considered, effects occurring due to the medium presence need to be taken into account, which significantly complicates the problem. In the present thesis, rays propagating through simple refractive and dispersive systems, such as plane differentially sheared medium, are studied. In order to simplify the problem, the Hamiltonian equations of motion are used. The ray trajectories in the vicinity of Kerr black hole as well as accessible regions for the rays are also studied. Radial variation of the medium velocity is considered. Due to the recent increase of publications focused on the gravitational lensing in plasma, a detailed review summarizing the results obtained recently is included. 1