[論文レビュー] Black Holes, Black Rings and their Microstates

Iosif Bena, Nicholas P. Warner|ArXiv.org|Jan 23, 2007

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 122被引用数 44

ひとこと要約

本稿は、五次元超対称ゲージ理論および超弦理論における三電荷ブラックホールおよびブラックリング解の構築と解析をレビューし、ホライズンを伴わない滑らかな微状態幾何学に焦点を当てる。双対性およびボーン＝インフェルト作用法を用いて、D1-D5-P電荷を有するスーパータブの配置が、D1-D5-P CFTを通じてBPSブラックホールのエントロピーを再現することを示し、個々の微状態に対する重力双対を提供するとともに、特徴的な微状態が特異点のないホライズンのない幾何学であることを示すことにより、情報パラドックスを解消する。

ABSTRACT

In this review article we describe some of the recent progress towards the construction and analysis of three-charge configurations in string theory and supergravity. We begin by describing the Born-Infeld construction of three-charge supertubes with two dipole charges, and then discuss the general method of constructing three-charge solutions in five dimensions. We explain in detail the use of these methods to construct black rings, black holes, as well as smooth microstate geometries with black hole and black ring charges, but with no horizon. We present arguments that many of these microstate geometries are dual to boundary states that belong to the same sector of the D1-D5-P CFT as the typical states. We end with an extended discussion of the implications of this work for the physics of black holes in string theory.

研究の動機と目的

• D1-D5-P conformal field theoryにおける個々の微状態の重力双対を理解すること。
• D1、D5、運動量の三電荷を有する滑らかでホライズンのない超対称ゲージ理論解を構築し、ブラックホールエントロピーを再現すること。
• 典型的な微状態が特異点のあるブラックホールではなく滑らかな幾何学であることを示すことにより、ブラックホール情報パラドックスを解消すること。
• D1-D5系の二電荷微状態数え上げの成功を、物理的により豊かな三電荷系（D1-D5-P）に拡張すること。
• 微状態幾何学がブラックホール物理学に与える影響、特にホライズンスケールでの古典的幾何学の破綻を検討すること。

提案手法

• SおよびT双対性を用いてD1-D5-P系をフォノンを伴うF1ストリングおよび電気双極子電荷を有するD2ブレーンに写像すること。
• 任意の曲線を巻き付けるD2ブレーンにボーン＝インフェルト作用法を適用し、スーパータブ配置のスケジュール性と安定性を示すこと。
• 調和関数の重ね合わせと双極子電荷の使用により、五次元超対称ゲージ理論における三電荷解を構築すること。
• D1-D5-P系の近ホライズン極限を解析し、AdS₃×S³×T⁴幾何学とその双対CFTを回復すること。
• D1-D5-P CFTを用いてエントロピーS = 2π√(N₁N₅Nₚ − J²)を計算し、Bekenstein-Hawking公式と一致させること。
• 微状態幾何学を、非ゼロのR荷重と運動量を有する典型的なCFT状態に双対する滑らかでホライズンのない解として同定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 D1-D5-P CFTにおける個々の微状態の重力双対は何か？
• RQ2 BPSブラックホールと同一の電荷を有する滑らかでホライズンのない超対称ゲージ理論解を構築できるか？
• RQ3 D1、D5、運動量の三電荷を有するスーパータブ配置は、特異点のない形でブラックホールのエントロピーをどのように実現するか？
• RQ4 ホライズンスケールにおいて、古典的ブラックホール幾何学と典型的な微状態幾何学の物理的差異は何か？
• RQ5 ホライズンスケールでの熱力学的記述の破綻を、重力波リングダウンの観測的兆候と結びつけることができるか？

主な発見

• D1-D5-P電荷を有する滑らかでホライズンのない微状態幾何学が、五次元超対称ゲージ理論において明示的に構築された。
• これらの微状態幾何学のエントロピーは、Bekenstein-HawkingエントロピーS = 2π√(N₁N₅Nₚ − J²)と一致し、ブラックホールエントロピーの統計的起源を確認した。
• これらの幾何学は、非ゼロのR荷重と運動量を有する典型的なD1-D5-P CFT状態に双対するため、典型的なブラックホールは特異的対象ではなく、滑らかな幾何学の重ね合わせであると示唆する。
• このような解の存在は、情報パラドックスが解消されることを示唆する：微状態はユニタリで特異点のないため、情報は消失しない。
• ホライズンスケールでの実験は、微状態と古典的ブラックホール幾何学を区別できるため、ホライズンスケールの物理が量子重力の探査の鍵である可能性を示唆する。
• 解析から、合体するブラックホールからの重力波リングダウン信号が、微状態構造の検出可能な兆候を運ぶ可能性があることが示唆され、LIGOやLISAによって観測可能である可能性がある。