[論文レビュー] Counterexamples to strong cosmic censorship in asymptotically flat black hole spacetimes

Kyriakos Destounis, R. D. B. Fontana+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2020

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、加速する帯電したブラックホールにおける線形スカラー場の摂動を分析することで、漸近的に平坦なブラックホール時空における強い宇宙 censorship予想に対する反例の、最初の堅牢な数値的証拠を提示している。Cauchy視界が特定の条件下、特に極限に近い状態において安定し得ることを示し、準正規モードがその安定性の鍵をなしていることを特定している。これは、Cauchy視界の背後には常に質量増大的特異点が形成されるという長年の信念に挑戦するものである。

ABSTRACT

The extendibility of spacetime and the existence of weak solutions to the Einstein field equations beyond Cauchy horizons, is a crucial ingredient to examine the limits of General Relativity. The strong cosmic censorship conjecture serves as a firewall for gravitation by demanding inextendibility of spacetime beyond the Cauchy horizon. For asymptotically flat spacetimes, the predominance of the blueshift instability and the subsequent formation of a mass-inflation singularity at the Cauchy horizon have, so far, substantiated the conjecture. Here, nevertheless, by considering linear scalar field perturbations on accelerating black holes, we provide, for the first time, robust numerical evidence of counterexamples to strong cosmic censorship in asymptotically flat black hole spacetimes. In particular, we show that the stability of Cauchy horizons in accelerating charged black holes is connected to quasinormal modes, we discuss the regularity requirement for which weak solutions to the field equations can exist at the Cauchy horizon and show that the conjecture may be violated near extremality.

研究の動機と目的

• 漸近的に平坦なブラックホール時空における強い宇宙 censorship予想の妥当性を調査すること。
• 時空が拡張可能となる可能性があるCauchy視界の安定性を検討すること。
• 特定の条件下でEinstein場方程式の弱解がCauchy視界に存在するかどうかを特定すること。
• 加速的で帯電したブラックホールにおけるCauchy視界の安定性に準正規モードが果たす役割を調査すること。
• 特に極限に近い状態において、強い宇宙 censorship予想がどのような条件下で破られるかを評価すること。

提案手法

• 加速ブラックホール時空における線形スカラー場摂動の数値シミュレーション。
• Cauchy視界付近における計量および曲率不変量の振る舞いの分析。
• Cauchy視界の安定性を評価するための準正規モード構造の調査。
• Cauchy視界におけるEinstein場方程式の弱解が存在するための正則性条件の評価。
• 極限に近い状態における摂動の成長率と青方偏移不安定性の比較。
• 時空がCauchy視界を超えて拡張可能かどうかを調べるための数値相対論的手法の使用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 加速的で帯電したブラックホールにおけるCauchy視界は、線形スカラー場摂動のもとで安定し続けることができるか？
• RQ2 準正規モードは、これらの時空におけるCauchy視界の安定性にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ3 どのような条件下でEinstein場方程式の弱解がCauchy視界に存在することができるか？
• RQ4 加速ブラックホールの極限に近い状態において、強い宇宙 censorship予想が破られるか？
• RQ5 青方偏移不安定性は、これらの構成における質量増大的特異点の形成にどのように影響するか？

主な発見

• 堅牢な数値的証拠により、加速的で帯電したブラックホールにおけるCauchy視界が線形スカラー場摂動のもとで安定し続ける可能性があることが示された。
• Cauchy視界の安定性は、系における準正規モードの構造に強く依存している。
• 正則性条件が満たされれば、Einstein場方程式の弱解がCauchy視界に存在しうる。
• 加速ブラックホールの極限に近い状態において、強い宇宙 censorship予想が破られる可能性がある。
• これらの構成では質量増大的特異点が存在しないことから、Cauchy視界を越えて時空が拡張可能であるという一般的な見解に挑戦する。
• 結果は、青方偏移効果と準正規モードダイナミクスの相互作用が、Cauchy視界が正則のままであるか、特異点へ崩壊するかを決定づけることを示唆している。