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A Scalar Refractive-Index Formulation for Photon Propagation in the Schwarzschild Regime: From Weak-Field Observables to the Photon Sphere

Authors: Decoppet, Guillermo Omar;

A Scalar Refractive-Index Formulation for Photon Propagation in the Schwarzschild Regime: From Weak-Field Observables to the Photon Sphere

Abstract

El régimen de Schwarzschild predice fenómenos observables que abarcan desde el límite débil (redshift gravitacional, retardo de Shapiro, deflexión de la luz) hasta el régimen fuerte (fotosfera de agujeros negros). En el formalismo estándar, estos observables requieren una geometría pseudo-riemanniana de cuatro dimensiones con funciones métricas independientes (gₜₜ y gᵣᵣ). En este trabajo presentamos una herramienta de cálculo alternativa que unifica ambos regímenes mediante una única función escalar vₚᵣₒₚ(r) = c√(1 − rₛ/r). Esta función, interpretada como velocidad de propagación efectiva en un medio con índice de refracción gravitatorio n(r) = c/vₚᵣₒₚ(r), reproduce los valores analíticos estándar para los tres fenómenos del límite débil y la fotosfera exacta (b_crít = 3√3 rₛ/2) mediante resolución exacta del principio de Fermat. La formulación reduce el número de variables dinámicas acopladas y simplifica las implementaciones computacionales de trazado de rayos gravitacionales, ofreciendo una alternativa operativa al formalismo tensorial estándar.

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