[論文レビュー] Effect of dark energy on the microstructures of black holes in AdS spacetimes

Aditya Singh, Aritra Ghosh+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2020

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 86被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、反ド・ジッター（AdS）時空におけるブラックホールの微視的相互作用に、クインテッセンスダークエネルギーが与える影響を調査する。Ruppeiner曲率 R を分析することで、クインテッセンスが長距離に及ぶ反発的相互作用を引き起こすことが示され、特に大型のシュワルツシルト-AdS 型および電荷を帯びたAdS ブラックホールにおいて顕著である。これにより、R に複数の符号変化が生じ、純粋に引力的から混合的または支配的反発的微視的構造ダイナミクスへと変化する。また、R=0 における転移点を捉えるために、平均場ポテンシャルが提案されている。

ABSTRACT

It is known from the sign of Ruppeiner curvature $R$, that the dominant interactions among microstructures of charged black holes in AdS are attractive in nature ($R 0$) are present as well, with the cross over from the former to the latter happening at a crossing point where $R=0$; whereas, in the absence of electric charge $q$, the microstructures of Schwarzschild-AdS black holes are purely of the attractive type. In this paper, we show that the introduction of a quintessence background parameterized by $\alpha$ significantly alters the interactions of black hole microstructures, giving new repulsive regions. With the inclusion of a quintessence field, in the Schwarzschild-AdS case: small black holes continue to have attractive interactions, whereas, large black holes above a certain size are completely dominated by repulsive interactions. In the case of charged AdS black holes with quintessence, $R$ can change sign at multiple points indicating a non-trivial microscopic structure. In particular, above a threshold value of $\alpha$, the microstructures do not contain any dominant attractive interactions, suggesting that the repulsive interactions due to quintessence are long ranged as opposed to the previously known short ranged repulsion in charged AdS black holes. A mean field interaction potential is proposed whose extrema effectively capture the points where $R=0$, indicating a change in the domination of the type of interaction among black hole microstructures.

研究の動機と目的

• ダークエネルギーをクインテッセンス場としてモデル化した場合、AdS 時空内のブラックホールにおける微視的相互作用の性質がどのように変化するかを理解すること。
• クインテッセンスが、AdS 内の電荷を帯びたおよび帯びていないブラックホールの微視的相互作用に新たな反発領域をもたらすかどうかを調査すること。
• クインテッセンスによる反発効果が、電荷を帯びたAdS ブラックホールに見られる短距離反発と比較して、長距離に及ぶものかどうかを特定すること。
• R=0 によって特定される引力的と反発的支配の転移点を捉えることができる平均場相互作用ポテンシャルを構築すること。

提案手法

• ブラックホール系における微視的相互作用の熱力学的幾何的尺度としてのRuppeiner曲率 R の分析。
• シュワルツシルト-AdS 型および電荷を帯びたAdS ブラックホールの計量に、パラメータ α でパrameterized されたクインテッセンス場を組み込み、R に与える影響を調査。
• R の符号変化を検出することで、相互作用の性質の転移を特定するため、ブラックホールのサイズと α 値の変動に伴う R の数値的および解析的評価。
• R=0 となる点と一致する極値を持つ平均場相互作用ポテンシャルを提案し、これにより支配的相互作用の性質の変化が示される。
• クインテッセンスの有無にかかわらずの相互作用行動を比較し、特に引力的支配から反発的支配への転移に注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クインテッセンス場の導入が、シュワルツシルト-AdS ブラックホールにおける微視的相互作用の性質にどのように影響を及ぼすか？
• RQ2 電荷を帯びたAdS ブラックホールにクインテッセンスを加えた場合、Ruppeiner曲率 R が複数回符号を変えるかどうか。これにより、複雑な微視的構造ダイナミクスが示唆されるか？
• RQ3 クインテッセンスが、電荷を帯びたAdS ブラックホールに見られる短距離反発とは対照的に、ブラックホール微視的構造に長距離反発的相互作用を引き起こすか？
• RQ4 提案された平均場ポテンシャルの極値が、R=0 となる点とどの程度一致するか。これは、相互作用支配の転移を示唆する。

主な発見

• 電荷が存在しない場合、シュワルツシルト-AdS ブラックホールは、負の R によって示される純粋に引力的微視的相互作用を示す。
• クインテッセンス場を含めた場合、臨界サイズを超える大きなブラックホールでは、正の R によって示される完全な反発的相互作用の支配が見られる。
• クインテッセンスを含む電荷を帯びたAdS ブラックホールでは、R が複数回符号を変えることから、相互作用支配の非自明で振動的パターンが明らかになる。
• クインテッセンスパラメータ α の閾値を超えると、引力的支配領域は完全に消失し、クインテッセンスに起因する反発が長距離に及ぶことが示唆される。
• 提案された平均場相互作用ポテンシャルは、R=0 となる位置を効果的に捉えており、引力的と反発的支配の転移を示す。