[論文レビュー] Can black holes be a source of dark energy?

S L Parnovsky|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2023

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、提案されたブラックホール質量の宇宙論的結合があっても、ブラックホールは負の圧力を提供せず、ダークエネルギーとして機能できないと主張しており、グラヴスター仮説でさえ加速を引き起こすにはあり得ない条件を必要とする。

ABSTRACT

The hypothesis that the mass of black holes increases with time according to the same law as the volume of the part of the Universe containing it and therefore the population of BHs is similar to dark energy in its action was recently proposed. We demonstrate the reasons why it cannot be accepted, even if all the assumptions on which this hypothesis is based are considered true.

研究の動機と目的

• 宇宙膨張と結びついたブラックホール質量成長がダークエネルギーとして機能し得るという主張の評価。
• M_BH(a) = M_0 (a/a_i)^k の関係が負の圧力成分を生み出すかを検証する。
• ブラックホールをダークエネルギー類比としてのエネルギー条件と状態方程式を検討する。
• 反重力の代替源としてのグラヴスター・モデルの可能性と実現性を論じる。

提案手法

• 先行研究と同様に k ≈ 3 の M_BH(a) = M_0 (a/a_i)^k の枠組みを採用する。
• ブラックホールが負の圧力を伴うエネルギー密度に寄与すると仮定した場合のフリードマン方程式への含意を分析する。
• 加速のための要件 ρ + 3P < 0 を評価し、ブラックホールがそれを満たすかを検討する。
• 内部がデ-Sitter様の真空を持つグラヴスター模型を反重力源として検討する。
• ブラックホールの質量成長シナリオを、ブラックホールと宿主星質量の宇宙論的観測と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙論的に結合したブラックホールは、宇宙加速に必要な負の圧力を提供できるか？
• RQ2 標準的なエネルギー条件の下で、仮定された BH 質量成長法 M_BH(a) = M_0 (a/a_i)^k が実効的なダークエネルギー類似物をもたらすか？
• RQ3 グラヴスター模型は加速を駆動するのに十分な、物理的にもっともらしい反重力成分を提供するか？
• RQ4 赤方偏移における観測的なブラックホール質量の傾向は、提案された成長法およびDE要件と一致するか？

主な発見

• 提案された法則の下でのブラックホール質量成長は、ダークエネルギーに必要な負の圧力を生み出せない。
• k ≈ 3 であっても、宇宙論的文脈では ρ + 3P < 0 を満たす状態方程式をブラックホールは生み出さない。
• ブラックホールは全球的な負圧成分として機能するには均一に分布していない。
• 標準的な DE の挙動（定常密度と P ≈ −ρ）は、宇宙規模のブラックホールでは再現できない。
• グラヴスターのシナリオは内部の負の圧力を導入できるが、加速を達成するには総宇宙質量の相当な、非現実的な割合を必要とする。