Shadows of a generic class of spherically symmetric, static spacetimes
Abstract: We explore the characteristics of shadows for a general class of spherically symmetric, static spacetimes, which may arise in general relativity or in modified theories of gravity. The chosen line element involves a sum (with constant but different coefficients) of integer powers of $\frac{1}{\text{r}}$ in $\text{g}\text{tt}$ and $\text{g}\text{rr}$, in the Schwarzschild gauge. We begin our discussion by motivating the line element through a study of the energy conditions (null and weak) and the extent to which they are satisfied/violated for diverse choices of the parameters appearing in the metric functions. Subsequently, we construct the circular shadows and analyse the dependence of the shadow radius on the metric parameters. We find that with specific choices of the metric parameters (within the ranges allowed by the energy conditions) one can, in principle, obtain values that conform with recent observations on shadows, as available in the literature. We also mention where such metrics may arise (i.e., in which theory of gravity and the physical scenario therein), thereby proposing that the observed shadows may be representative signatures of different theoretical contexts.
- E. H. T. Collaboration et al., arXiv preprint arXiv:1906.11238 (2019a).
- E. H. T. Collaboration et al., arXiv preprint arXiv:1906.11243 (2019b).
- E. H. T. Collaboration, The Astrophysical Journal Letters 930, L12 (2022a).
- E. H. T. Collaboration, The Astrophysical Journal Letters 930, L13 (2022b).
- E. H. T. Collaboration, The Astrophysical Journal Letters 930, L14 (2022c).
- E. H. T. Collaboration, The Astrophysical Journal Letters 930, L15 (2022d).
- E. H. T. Collaboration, The Astrophysical Journal Letters 930, L16 (2022e).
- E. H. T. Collaboration, The Astrophysical Journal Letters 930, L17 (2022f).
- A. E. Broderick and A. Loeb, The Astrophysical Journal 697, 1164 (2009).
- V. I. Dokuchaev and N. O. Nazarova, Physics-Uspekhi 63, 583 (2020).
- V. Perlick and O. Y. Tsupko, Phys. Rept. 947, 1 (2022), arXiv:2105.07101 [gr-qc] .
- K. S. Virbhadra and G. F. R. Ellis, Phys. Rev. D 62, 084003 (2000).
- K. S. Virbhadra and G. F. R. Ellis, Phys. Rev. D 65, 103004 (2002).
- V. Bozza, Phys. Rev. D 66, 103001 (2002).
- N. Tsukamoto, Phys. Rev. D 95, 064035 (2017).
- N. Tsukamoto, Eur. Phys. J. C 83, 284 (2023), arXiv:2211.04239 [gr-qc] .
- J. L. Synge, MNRAS 131, 463 (1966).
- J. M. Bardeen, in Black Holes (Les Astres Occlus) (1973) pp. 215–239.
- J. P. Luminet, Astron. Astrophys. 75, 228 (1979).
- P. J. Young, Phys. Rev. D 14, 3281 (1976).
- V. Perlick, Phys. Rev. D 69, 064017 (2004).
- R. Takahashi, The Astrophysical Journal 611, 996 (2004).
- K. Hioki and K.-i. Maeda, Phys. Rev. D 80, 024042 (2009).
- S. Vagnozzi et al., Class. Quant. Grav. 40, 165007 (2023), arXiv:2205.07787 [gr-qc] .
- L. Amarilla and E. F. Eiroa, Physical Review D 87, 044057 (2013).
- S. Vagnozzi and L. Visinelli, Phys. Rev. D 100, 024020 (2019).
- J. L. Rosa and D. Rubiera-Garcia, Phys. Rev. D 106, 084004 (2022), arXiv:2204.12949 [gr-qc] .
- R. A. Konoplya, Phys. Lett. B 795, 1 (2019), arXiv:1905.00064 [gr-qc] .
- T. Johannsen and D. Psaltis, The Astrophysical Journal 718, 446 (2010).
- A. F. Zakharov, Phys. Rev. D 90, 062007 (2014), arXiv:1407.7457 [gr-qc] .
- H. Falcke and S. B. Markoff, Classical and Quantum Gravity 30, 244003 (2013), arXiv:1311.1841 [astro-ph.HE] .
- E. F. Eiroa and C. M. Sendra, Eur. Phys. J. C 74, 3171 (2014), arXiv:1408.3390 [gr-qc] .
- H. Reissner, Annalen der Physik 355, 106 (1916).
- G. Nordström, Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen Proceedings Series B Physical Sciences 20, 1238 (1918).
- S. Alexeyev and V. Prokopov, Journal of Experimental and Theoretical Physics 130, 666 (2020).
- G. W. Horndeski, International Journal of Theoretical Physics 10, 363 (1974).
- T. Kobayashi, Reports on Progress in Physics 82, 086901 (2019).
- Y. S. Myung and D.-C. Zou, Physical Review D 100, 064057 (2019).
- P. D. Mannheim, Foundations of Physics 42, 388 (2012).
- M. Kalb and P. Ramond, Phys. Rev. D 9, 2273 (1974).
- L. Randall and R. Sundrum, Physical review letters 83, 3370 (1999).
- R. Whisker, arXiv preprint arXiv:0810.1534 (2008).
- P. Cañate and S. E. P. Bergliaffa, Phys. Rev. D 102, 104038 (2020).
- Y. Heydarzade and F. Darabi, Physics Letters B 771, 365 (2017).
- R. M. Wald, General relativity (Chicago Univ. Press, Chicago, IL, 1984).
- M. S. Morris and K. S. Thorne, American Journal of Physics 56, 395 (1988).
- S. Chandrasekhar, The mathematical theory of black holes (1983).
- T. Johannsen and D. Psaltis, Astrophys. J.  718, 446 (2010), arXiv:1005.1931 [astro-ph.HE] .
- S. E. Vazquez and E. P. Esteban, arXiv preprint gr-qc/0308023 (2003).
- A. de Vries, Classical and Quantum Gravity 17, 123 (2000).
- B. Carter, Phys. Rev. 174, 1559 (1968).
- D. S. Arnon, Artifical Intelligence 37, 37 (1988).
- E. M. Prodanov, International Journal of Applied and Computational Mathematics 7, 218 (2021).
- E. T. Newman and A. I. Janis, J. Math. Phys. 6, 915 (1965).
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.