Kara Deliklerin Bazı Fiziksel Etkileri: Teori Ve Gözlemler

Abstract

Bu tezde genel görelilik ve zarlar üzerinde evren teorilerinde kara deliklerin bazı gözlemsel etkileri araştırılmaktadır. Öncelikle, bu kara deliklerin temel özellikleri ve kara delik barındırdığı düşünülen X-ışını ikili yıldız sistemlerinin modern gözlemleri tasvir edilmektedir. Ardından, önceden Aliev ve Gal tsov tarafından geliştirilmiş olan test parçacıkların üç temel frekans cinsinden hareket teorisi incelenerek, Kerr ve “tidal” yüklü zarlar üzerinde evren senaryosunda dönen kara delikler için yörüngesel ve episiklik frekansların analitik ifadeleri elde edilmektedir. İlk olarak, bu frekansların bazı özel dairesel yörüngelerde detaylı sayısal analizleri yapılarak, radyal ve dikey episiklik frekansların, kara delik barındıran bazı ikili yıldız sistemlerinde gözlemlenmiş olan ikiz tepeli kuazi-periyodik salınımların frekanslarıyla niteliksel olarak uyumlu olduğu gösterilmektedir. Daha sonra, zarlar üzerinde evren teorisinde dönen kara delik için episiklik frekansların sayısal analizleri yapılarak, pozitif tidal yük durumundan farklı olarak, negatif tidal yükün varoluşunun kara deliklerin modern gözlemleriyle uyum içinde olabileceği ortaya konulmaktadır. Son olarak, her iki tür kara deliğin alanında iki rölativistik olayın, periastron ve çerçeve-sürükleme devinmesi, incelenmektedir. Kara deliklerin yeterince hızlı dönme durumunda ve belirli yörüngeler için, devinme frekanslarının, 3:1 ve 2:1 oranlarında olduğu gösterilmektedir. Bu bağlamda, dönen Kerr ve zarlar üzerinde kara deliklerin birbirinden ayrılması açısından dönme parametresinin kritik bir rol oynadığı ortaya konulmaktadır.

In this thesis, we study some bservable effects of black holes in general relativity and braneworld gravity. We begin with an overview of basic properties of these black holes and modern observations of X-ray binary systems. Next, we study the theory of motion of test particles in terms of three fundamental frequencies, earlier developed by Aliev and Gal tsov, and present analytical expressions for the orbital and epicyclic frequencies in the field of a Kerr black hole and a rotating braneworld black hole with a tidal charge. First, we perform a detailed numerical analysis of these frequencies for the Kerr black hole and show that, at some particular stable circular orbits, the values of the radial and vertical epicyclic frequencies are in good qualitative agreement with the frequencies of twin peaks QPOs detected in some black hole binaries. We then proceed with a numerical analysis of the epicyclic frequencies for the braneworld black hole and find that, unlike the case of the positive tidal charge, the existence of the negative tidal charge appears to be in agreement with modern observations of black holes. Finally, we study the relativistic precession effects (periastron and frame-dragging) in the field of both these black holes. We show that for sufficiently fast rotation of the black holes, the precession frequencies at some characteristic radii exhibit 3:1 and 2:1 ratios. We also show that it is the rotation parameter that plays a crucial role to distinguish between a Kerr black hole and a rotating braneworld black hole.