[論文レビュー] Backdraft: String Creation in an Old Schwarzschild Black Hole

Eva Silverstein|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2014

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 73被引用数 29

ひとこと要約

この論文は、古くなったシュワルツシルトブラックホールの近ホライズン領域における非断熱的ストリング生成を、初等的量子化ストリング理論を用いて調査する。後続の観測者（初期の落下者に対して高エネルギーでブーストされている）が、強化されたストリング生成を引き起こすメカニズムを検討する。ブーストされたDブレーンプローブにおいてホライズン付近で顕著な非断熱性が見られ、有効場理論を超えたフレームウォール形成の動的メカニズムを示唆する。

ABSTRACT

We analyze string production in the background of a Schwarzschild black hole, after developing first quantized methods which capture string-theoretic nonadiabatic effects which can exceed naive extrapolations of effective field theory. Late-time infalling observers are strongly boosted in the near horizon region relative to early observers and formation matter. In the presence of large boosts in flat spacetime, known string and D-brane scattering processes exhibit enhanced string production, even for large impact parameter. This suggests the possibility that the nonadiabatic dynamics required to realize the firewall proposal of AMPS occurs for old black holes, with the late-time observer catalyzing the effect. After setting up this dynamical thought experiment, we focus on a specific case: the production of open strings stretched D-particles, at least one of which falls in late (playing the role of a late time observer). For relatively boosted D-branes, we precisely recover earlier results of Bachas, McAllister and Mitra which we generalize to brane trajectories in the black hole geometry. For two classes of late-time probes, we find a regime of significant non-adiabaticity by horizon crossing, assessing its dependence on the boost in each case. Closed string probes, as well as additional effects in D-brane scattering, may produce other significant non-adiabatic effects depending on the boost, something we leave for further work.

研究の動機と目的

• 曲がった時空における非断熱的ストリング生成を計算する初等的量子化手法の開発を目的とし、有効場理論を超える拡張を図る。
• ブラックホール幾何における後続の観測者の大きなブーストが、顕著なストリング生成を引き起こすかどうかを調査することを目的とする。これは、AMPSフレームウォールパラドックスの解決に寄与する可能性がある。
• 特にDブレーン間を張る開いたストリングの生成を強化する相対的ブーストの役割を評価することを目的とする。
• ホライズン付近での非断熱効果を分析することにより、後続のプローブを用いた思考実験の動的限界を同定することを目的とする。
• ミンコフスキー空間におけるブーストされたブレーンに関する先行結果を、特にホライズン付近の曲がったブラックホール幾何に一般化することを目的とする。

提案手法

• 時間に依存する背景（質量や張力が変化する）における粒子およびストリング生成を計算するために、初等的量子化ストリング理論を用いる。
• ストリング生成振幅を計算するために、凍結近似および断熱近似を適用し、その後、鞍点解析を用いて結果を一致させる。
• 一つのDブレーンが後から落下する二つのDブレーン間の開いたストリング生成を分析する。ブーストされた軌道を記述するためにミルン座標系を用いる。
• 固有時およびパインレーフ時間の形式を用いて非断熱性を評価し、特にブーストパラメータの異なる場合におけるホライズン付近での挙動に注目する。
• ストリングモードの位相の進化を検討することで、非断熱性の領域を特定する。特にE < mの軌道に対して注目する。
• バハス、マカラスター、ミトラの先行結果を、クルスクァル座標および径方向軌道の記述を含む、ブラックホール幾何に一般化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 シュワルツシルトブラックホールの近ホライズン領域における非断熱的ストリング生成は、後続の観測者の大きなブーストによって強化されるか？
• RQ2 この文脈において、ストリング理論的効果は、単純な有効場理論の予測をどの程度上回るか？
• RQ3 後続のプローブと初期の落下者との間の相対的ブーストが、Dブレーン間の顕著な開いたストリング生成を引き起こすか？
• RQ4 非断熱的ストリング生成による影響により、後続のプローブを用いた思考実験にどのような動的限界が生じるか？
• RQ5 非断熱性は、ブラックホール背景におけるブーストパラメータおよびエネルギー対質量比E/mにどのように依存するか？

主な発見

• E/mが小さい場合に特に顕著に、シュワルツシルトブラックホールの近ホライズン領域におけるブーストされたDブレーンプローブでは、非断熱的ストリング生成が顕著に強化される。
• バハス、マカラスター、ミトラの平坦空間におけるブーストされたブレーンに関する先行結果を、曲がったブラックホール幾何に回復し一般化する。
• 二種類の後続プローブのクラスについて、ホライズン通過時に強い非断熱性の領域が存在し、ブーストパラメータおよび軌道の種類に依存する。
• 非断熱性は領域に依存する：特定の構成ではブーストが増加するにつれて非断熱性が増大し、フレームウォール形成の可能性のある動的メカニズムを示唆する。
• 二つのブーストされたDブレーン間のアンナラス図は、大きなブルーシフトを受ける閉じたストリング過程を示し、生成の強化に寄与する。
• 結果は観測者フレームおよびE/mに非自明に依存しており、ストリング生成が常に強化されるわけではないが、複雑なブースト依存性を示す。