[論文レビュー] Gravitational Condensate Stars

Paweł O. Mazur, Emil Mottola|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2001

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 16

ひとこと要約

本稿は、重力的真空凝縮体からなる内部de Sitterコアと外部シュバルツシルト幾何学を有する、球対称で特異点のないアインシュタイン方程式の解である重力的凝縮星を提案する。この解は、イベントホライズンを、p=ρ を満たす極めて冷たい物質の薄い殻に置き換え、グローバルに定義された時空的キリング場、熱力学的安定性、およびBekenshtein-Hawkingに代わる流体力学的エントロピーを実現し、情報パラドックスを解決する。

ABSTRACT

A new kind of static, spherically symmetric solution to Einstein's equations is described. The solution is characterized by an interior de Sitter region of gravitational vacuum condensate and an exterior Schwarzschild geometry of arbitrary total mass M. These are separated by a shell with a small but finite proper thickness of ultracold matter with the extreme relativistic equation of state p=\ ho, replacing both the Schwarzschild and de Sitter classical horizons. The new solution has no singularities, no event horizons, and a globally defined timelike Killing field. Its entropy is maximized under small fluctuations and is given by the standard hydrodynamic entropy of the thin shell, instead of the Bekenstein-Hawking entropy formula. Hence unlike black holes, the new solution is thermodynamically stable and has no information paradox. The formation of such a cold (1 \\mu K) gravitational condensate stellar remnant very likely would require a violent collapse process with an explosive output of energy.

研究の動機と目的

• イベントホライズンや特異点を伴わない解のクラスを提案することで、ブラックホール情報パラドックスを解決すること。
• Bekenshtein-Hawkingのエントロピー式を回避する熱力学的に安定な恒星残骸モデルを提供すること。
• 激しい収縮とエネルギー放出を通じて、冷たく、超高密度な物体を形成する物理的メカニズムを記述すること。
• 古典的ホライズンを、グローバルに時空的キリング場と正則な時空を保証する極端に相対論的物質の薄い殻に置き換えること。

提案手法

• 内部に重力的真空凝縮体のde Sitter領域を有する、静的な球対称なアインシュタイン方程式の解を構築する。
• 内部de Sitter幾何学を、p=ρ を満たす極めて冷たい物質の薄い殻を通じて外部シュバルツシルト時空に接続する。
• 殻が有限の固有厚さを持ち、極端に相対論的状態方程式に従うように保証し、特異点とホライズンを回避する。
• 熱力学的安定性を確保するため、エントロピーの測度としてBekenshtein-Hawkingに代わる殻の流体力学的エントロピーを用いる。
• 解がグローバルに定義された時空的キリングベクトル場を有することを示し、因果性と正則性を保証する。
• 形成過程を、顕著なエネルギー放出を伴う激しい収縮としてモデル化し、1 μKの凝縮体残骸に至ることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 イベントホライズンの形成を回避する、安定で特異点のない恒星残骸を構築することは可能か？
• RQ2 Bekenshtein-Hawkingのエントロピーを、薄い殻の流体力学的エントロピーに置き換えることで、熱力学的安定性が得られるか？
• RQ3 重力的真空凝縮体コアを、外部シュバルツシルト幾何学に滑らかに接続する方法は何か？
• RQ4 このような冷たく、超高密度な物体が重力的収縮によって形成される物理的メカニズムは何か？
• RQ5 ホライズンや特異点の不在を、一般相対性理論および熱力学的平衡と調和させることは可能か？

主な発見

• 解はグローバルに正則であり、時空的特異点やイベントホライズンがなく、グローバルに定義された時空的キリング場を有する。
• 内部は重力的真空凝縮体のde Sitter領域であり、外部は質量Mのシュバルツシルト幾何学に一致する。
• ホライズンは、p=ρ を満たす有限の固有厚さと極端に相対論的状態方程式に従う極めて冷たい物質の薄い殻に置き換えられる。
• エントロピーはBekenshtein-Hawkingの式ではなく、殻の流体力学的性質から導かれるため、熱力学的安定性を示唆する。
• 微小な摂動に対して最大の安定性を示し、ホライズンの不在により情報パラドックスが生じない。
• 形成過程は、顕著なエネルギー放出を伴う激しい収縮を経て、1 μKの凝縮体残骸に至ると考えられる。