[論文レビュー] Buchdahl Spacetime with Compact Body Solution of Charged Fluid and Scalar Field Theory

Manuel Malaver de la Fuente, Rajan Iyer+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2022

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、修正された Buchdahl 時空計量を用いて、非等方的圧力とスカラー場理論を組み込んだ、コンパクトで帯電した流体体に対するアインシュタイン＝マクスウェル場方程式の新しい解を提案する。モデルはエネルギー条件を満たし、流体的、重力的、非等方的、電磁的力のバランスを達成する。一定の状態方程式パラメータ ω は系を不安定化するが、質量吸収は半径とエントロピーを増加させ、時間に伴うスカラー場ダイナミクスによって長期的な安定性が支持される。

ABSTRACT

The present work contains a discussion on compact stellar body that is influenced by the effects electromagnetic fields. We have tried to discuss a solution of Einstein-Maxwell field equation with the interpretation of Buchdahl spacetime type function. The interior fluid density and anisotropic pressures have been derived for a charged fluid of compact body which is also continuous with the Reissner-Nordstrom metric exterior solution. We have discussed the singularity free interior anisotropic fluid under electromagnetic influence. The thermodynamics energy conditions and their variation with interior radius have been discussed here. We have also discussed the physical acceptability of this new model. Finally we have included the scalar field theory corresponding to the interior fluid that helped us to discuss teh compact body strange star evolution with time. The generalized entropy evolution of the compact body has also been introduced in the discussion of interior fluid evolution analysis

研究の動機と目的

• 電磁場および非等方的圧力効果を考慮した、コンパクト星の安定した内部モデルの構築を目的とする。
• 観測された高質量コンパクト物体（約 2.59 M☉）と中性子星の理論的上限との乖離を解消することを目的とする。
• スカラー場理論および熱力学を、コンパクト物体の内部流体ダイナミクスに統合することを目的とする。
• エネルギー条件と力のバランスを通じて、モデルの物理的妥当性と安定性を分析することを目的とする。
• 質量吸収がコンパクト星の進化に伴い半径とエントロピー変化に与える影響を調査することを目的とする。

提案手法

• 帯電した非等方的流体球体に対するアインシュタイン＝マクスウェル場方程式の解を得るために、修正された Buchdahl 時空関数を採用した。
• クーロンの逆二乗則とは異なる非線形電磁場を仮定し、内部電場をモデル化した。
• 半径方向および接線方向の圧力、エネルギー密度、非等方性を導出し、Reissner–Nordström 外部解と連続性を保証した。
• 状態方程式（EOS）パラメータ ω の関数として、径方向および接線方向成分の運動エネルギーおよびポテンシャルエネルギー項をスカラー場理論を用いて表現した。
• 物理的妥当性と安定性を評価するために、エネルギー条件（強、弱、零、支配的）を適用した。
• 表面における流体的、重力的、非等方的、電気的力のバランスを解析し、ゼロに等しいと仮定することで、力学的平衡が確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Buchdahl 型の時空解は、非等方的圧力および電磁場を有する安定なコンパクトで帯電した流体体を支持できるか？
• RQ2 状態方程式パラメータ ω は、コンパクト体モデルの内部エネルギー、圧力、安定性にどのように影響するか？
• RQ3 エネルギー条件と力のバランスは、提案モデルの物理的妥当性をどの程度検証できるか？
• RQ4 スカラー場ダイナミクスは、コンパクト体内部流体の熱力学的進化にどのように影響するか？
• RQ5 質量吸収は、時間経過に伴いコンパクト星の半径とエントロピーにどのような影響を及えるか？

主な発見

• モデルは全半径距離において強、弱、零エネルギー条件を満たすが、接線方向圧力のため支配的エネルギー条件に違反し、非反発的挙動を示す。
• 表面において流体的および非等方的力が重力的および電気的力を相殺し、機械的平衡および系の安定性が確認された。
• 一定の状態方程式パラメータ ω は内部エネルギーの発散を引き起こし、不安定性を示す。変動する ω のみが安定な熱力学的進化を保証する。
• 質量関数およびせん断スカラーは全期間にわたり正のまま維持され、モデルの物理的整合性および特異点の不在が支持された。
• 質量吸収は系の半径とエントロピーを増加させ、一般化された Bekenstein-Hawking エントロピーが時間とともに変化し、長期的安定性が支持された。
• スカラー場のポテンシャルエネルギーは半径に伴い減少するが、運動エネルギーは ω に依存して変化し、内部流体構造の動的進化が示された。