[論文レビュー] Black Crunch

T. Banks, Willy Fischler|arXiv (Cornell University)|Dec 10, 2002

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、崩壊する宇宙論的背景における量子および熱的揺らぎの成長を調査し、希薄な揺らぎでさえも散乱によって密度の高いブラックホールガスに至ることを示している。最終的にビッグクラッシュの終状態は、p=ρ FRW時空内に存在する定常的かつ共形対称性を持つブラックホール流体であると提唱しており、重力的崩壊の一般的で安定した終着点を示唆している。

ABSTRACT

We study the growth of fluctuations in collapsing cosmologies, extending old work of Lifshitz and Khalatnikov. As examples of systems where the fluctuations have a different composition than the background we study scalar fields with general improvement terms. Fluctuations always grow, and often dominate the homogeneous background. We argue that even for very dilute fluctuations, scattering processes inevitably lead to a dense gas of black holes. This leads us to hypothesize that the generic final state of a Big Crunch is described by a collapsing $p= ho$ FRW cosmology. We conjecture that the black hole fluid is invariant under the conformal Killing symmetry of this metric, so that the final state is in fact stationary.

研究の動機と目的

• スカラー場に一般化された補正項を含めた、LifshitzとKhalatnikovの宇宙論的揺らぎに関する研究を拡張すること。
• 崩壊する時空において、揺らぎが均一な背景を上回る成長を示す仕組みを分析すること。
• 初期密度が低くても、揺らぎ同士の散乱がブラックホール形成を引き起こすかどうかを調査すること。
• ビッグクラッシュの最終状態が、p=ρ FRW幾何構造内に定常的かつ共形不変なブラックホール流体であると提唱すること。

提案手法

• 作用に一般化された補正項を含む崩壊するFRW背景におけるスカラー場揺らぎを分析する。
• 有効場理論的手法を用いて、曲がった崩壊時空における揺らぎのダイナミクスをモデル化する。
• 運動論的理論を適用して、揺らぎ間の散乱過程を記述し、ブラックホール形成への進化を追跡する。
• p=ρ FRW計量の共形キリング対称性が、最終的なブラックホール流体状態の潜在的不変性であると特定する。
• 揺らぎが成長し、背景を支配するようになる条件を導出する。これにより重力的崩壊が生じる。
• 背景計量の共形対称性を尊重する密度の高いブラックホール流体の現象論的モデルを構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 崩壊する宇宙論的背景において、どのような条件下で揺らぎが均一な背景を上回って成長するのか。
• RQ2 揺らぎ同士の散乱過程が、どのようにして密度の高いブラックホールガスを形成するのか。
• RQ3 ビッグクラッシュの最終状態として、定常的かつ共形不変なブラックホール流体が出現しうるか。
• RQ4 p=ρ FRW計量が、重力的崩壊の最終状態を安定化させる役割を果たすのか。

主な発見

• 崩壊する宇宙論的背景における揺らぎは、常に成長し、初期に希薄であっても均一な背景を支配する。
• 揺らぎ同士の散乱過程は、初期の希薄さに関わらず、必然的に密度の高いブラックホールガスの形成を引き起こす。
• ビッグクラッシュの最終状態は、p=ρ FRW時空内に存在する定常的かつ共形不変なブラックホール流体であると仮説される。
• ブラックホール流体は、p=ρ FRW計量の共形キリング対称性に関して不変であると予想され、安定で対称的な最終状態を示唆する。