Constante de Carter

La Modèle:Terme défini est, en relativité générale, une constante du mouvement pour des particules qui suivent des géodésiques de l'espace-temps associé à un trou noir en rotation de Kerr ou de Kerr-NewmannModèle:Sfn. C'est une fonction quadratique de la quantité de mouvement de la particuleModèle:Sfn. Elle correspond à la quatrième constante du mouvement dans les métriques décrivant les trous noirs en rotation, assurant ainsi que les trajectoires de particules uniquement soumises au champ de gravitation de ces objets sont intégrables.

Histoire

L'éponymeModèle:Sfn de la constante de CarterModèle:SfnModèle:,Modèle:Sfn (Modèle:En anglais)Modèle:SfnModèle:,Modèle:Sfn est le physicien australien Brandon Carter (Modèle:Date--)Modèle:SfnModèle:,Modèle:Sfn qui en a découvert l'existence en Modèle:DateModèle:SfnModèle:,Modèle:SfnModèle:,Modèle:Sfn à partir de la séparabilitéModèle:Sfn de l'équation de Hamilton-JacobiModèle:SfnModèle:,Modèle:SfnModèle:,Modèle:Sfn.

Formule

Soit une particule test de masse au repos $\mu$ et de charge électrique $e$ se mouvant dans le champ extérieur d'un trou noirModèle:Sfn de Kerr-NewmannModèle:Sfn. La constante de Carter, associée à la particule, est donnée parModèle:SfnModèle:,Modèle:Sfn :

$C=p_{\theta }^2+{\cos }^2\theta [a^2({\mu }^2-E^2)+{\sin }^{-2}\theta L_z^2]$,

où :

• $\cos$ et $\sin$ sont respectivement le cosinus et le sinus ;
• $\mu$ est la masse au reposModèle:Sfn ;
• $E$ est l'énergie à l'infiniModèle:Sfn ;
• $L_z$ est la composante axiale du moment cinétiqueModèle:Sfn.

La constante K est souvent utilisée à la place de la constante CModèle:Sfn :

$K=C+{(L_z-aE)}^2$.

La formulation la plus élégante de la constante de Carter fait appel au formalisme des tenseurs de Killing, objets dont l'existence assure celle d'une constante du mouvement associée. Ce tenseur de Killing s'écrit sous la forme

$K_{ab}=2\mathrm{\Sigma }{l}_{(a}{n}_{b)}-r^2{g}_{ab}$,

où les vecteurs l et n sont définis par

$l^a=\frac{1}{\mathrm{\Delta }}((r^2+a^2){\left(\frac{\partial }{\partial t}\right)}^a+a{\left(\frac{\partial }{\partial \varphi }\right)}^a+\mathrm{\Delta }{\left(\frac{\partial }{\partial r}\right)}^a)$,

$n^a=\frac{1}{2\mathrm{\Sigma }}((r^2+a^2){\left(\frac{\partial }{\partial t}\right)}^a+a{\left(\frac{\partial }{\partial \varphi }\right)}^a-\mathrm{\Delta }{\left(\frac{\partial }{\partial r}\right)}^a)$,

la quantité a représentant le moment cinétique par unité de masse du trou noir exprimé dans le système d'unités géométriques (tel que la vitesse de la lumière et la constante de gravitation ont pour valeur numérique 1), et le système de coordonnées $(t,r,\theta ,\varphi )$ utilisé est celui dit de Boyer-Lindquist, utilisé habituellement pour décrire les métriques de ces objets.

Avec l'ensemble de ces notations, la constante de Carter, traditionnellement notée C, vaut

$C=K_{ab}{u}^a{u}^b$,

où u est la quadrivitesse décrivant la trajectoire considérée, le long de laquelle C est donc constante.

Voir aussi

Bibliographie

• Modèle:Article
• Modèle:Article
• Modèle:Ouvrage
• Modèle:Article, Modèle:Abréviation discrète dans :
  • Modèle:Ouvrage.
• Modèle:Ouvrage
• Modèle:Ouvrage.
• Modèle:Ouvrage
• Modèle:Ouvrage.
• Modèle:Ouvrage

Articles connexes

• Trou noir de Kerr
• Trou noir de Kerr-Newmann
• Équations de Hamilton-Jacobi

Liens externes

• Modèle:Ouvrage.