Chaotic Motion around Black Holes
Chaos v pohybu kolem černých děr
dissertation thesis (DEFENDED)
View/ Open
Permanent link
http://hdl.handle.net/20.500.11956/57932Identifiers
Study Information System: 71325
Collections
- Kvalifikační práce [10691]
Author
Advisor
Consultant
Heyrovský, David
Referee
Šubr, Ladislav
Loukes-Gerakopoulos, Georgios
Faculty / Institute
Faculty of Mathematics and Physics
Discipline
Theoretical Physics, Astronomy and Astrophysics
Department
Institute of Theoretical Physics
Date of defense
26. 9. 2013
Publisher
Univerzita Karlova, Matematicko-fyzikální fakultaLanguage
English
Grade
Pass
Keywords (Czech)
obecná relativita, černé díry v astrofyzice, chaos, geodetický pohybKeywords (English)
general relativity, black holes in astrophysics, chaos, geodesic motionDynamické systémy v obecné relativitě, představující nelineární teorii popisující vývoj prostoročasu, jsou náchylnější ke vzniku chaotického chování než jejich odpovídající newtonské protějšky. V této práci studujeme dynamiku časupodobných geodetik ve statických a axiálně symetrických prostoročasech zadaných pomocí přesných řešení Einsteinových rovnic, která popisují pole su- perpozice Schwarzschildovy černé díry a tenkého hmotného disku nebo prstence. Odhalíme vznik a ústup chaotického chování geodetického toku se změnou para- metrů systému, tedy relativní hmotnosti disku nebo prstence a poloze jeho vnitřní- ho okraje a energii a momentu hybnosti testovací částice za pomoci (i) Poincarého řezů, (ii) spektrální analýzy časových řad dynamických proměnných, (iii) dvou rekurenčních metod pro analýzu časových řad, tzv. rekurenční analýzy a výpočtu váženého průměru směrových vektorů a (iv) výpočtu Ljapunovových exponentů a podobných koeficientů, které kvantifikují míru rozbíhavosti blízkých trajektorií. Zaměříme se také na tzv. ,,sticky" trajektorie, jejichž segmety vykazují různé stupně chaotičnosti. Pro krátké seznámení s klasickými chaotickými systémy, které jsou dokonce...
As a non-linear theory of space-time, general relativity deals with interesting dynamical systems which can be expected more prone to chaos than their Newtonian counter-parts. In this thesis, we study the dynamics of time- like geodesics in the static and axisymmetric field of a Schwarzschild black hole surrounded, in a concentric way, by a massive thin disc or ring. We reveal the rise (and/or decline) of geodesic chaos in dependence on parameters of the sys- tem (the disc/ring mass and position and the test-particle energy and angular momentum), (i) on Poincaré sections, (ii) on time series of position and their power spectra, (iii) by applying two simple yet powerful recurrence methods, and (iv) by computing Lyapunov exponents and two other related quantifiers of or- bital divergence. We mainly focus on "sticky" orbits whose different parts show different degrees of chaoticity and which offer the best possibility to test and compare different methods. We also add a treatment of classical but dissipative system, namely the evolution of a class of mechanical oscillators described by non-standard constitutive relations.