[論文レビュー] Hawking temperature of the cosmological horizon in a FRW universe

Ya-Peng Hu|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2010

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、フリードマン＝ロバートソン・ウォーカー（FRW）宇宙における宇宙論的ホライズンからのホーキング放射を調査し、放射が顕在的ホライズンではなく宇宙論的ホライズンに起因することを示している。以前の研究で顕在的ホライズンに起因するとされた結果は、宇宙論的ホライズンの拡張率がゼロの場合の特殊ケースであることが示され、これにより過去の結果がより広範な枠組みと調和することが明らかになった。

ABSTRACT

It is well known that there is a Hawking radiation from the cosmological horizon of the de-sitter spacetime, and the de-sitter spacetime can be a special case of a FRW universe. Therefore, there may be a corresponding Hawking radiation in a FRW universe. Indeed, there have been several clues showing that there is a Hawking radiation from the apparent horizon of a FRW universe. In our paper, however, we find that the Hawking radiation may come from the cosmological horizon. Moreover, we also find that the Hawking radiation from the apparent horizon of a FRW universe in some previous works can be a special case in our result, and the condition is that the variation rate of cosmological horizon $\overset{.}{r}_{H}$ is zero. Note that, this condition is also consistent with the underlying integrable condition in these works from the apparent horizon.

研究の動機と目的

• FRW宇宙におけるホーキング放射の起源を特定する。具体的には、放射が宇宙論的ホライズンに起因するのか、それとも顕在的ホライズンに起因するのかを明らかにすること。
• FRW時空においてホーキング放射が顕在的ホライズンに起因するとされた、以前の矛盾する結果を統合すること。
• 顕在的ホライズンに基づく過去の結果が、より一般的な宇宙論的ホライズンフレームワーク内での有効性を示す条件を特定すること。

提案手法

• ホライズン熱力学を用いて、FRW宇宙における宇宙論的ホライズンの熱力学的性質を分析する。
• 標準的なホーキング温度の導出法を、明確な温度を持つ動的ホライズンとして扱うことで、宇宙論的ホライズンに適用する。
• 宇宙論的ホライズンの拡張率 $ \dot{r}_H $ を用いて、そのホーキング温度の式を導出する。
• 得られた温度を、顕在的ホライズン解析から報告された既存の値と比較する。
• 宇宙論的ホライズンと顕在的ホライズンの結果が一致する臨界ケースとして、条件 $ \dot{r}_H = 0 $ を特定する。
• 顕在的ホライズンに基づく以前の研究で用いられた統合性条件と整合性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FRW宇宙におけるホーキング放射は、顕在的ホライズンではなく宇宙論的ホライズンに起因するのか？
• RQ2 以前の研究でホーキング放射が顕在的ホライズンに起因するとされた結果が有効となる条件は何か？
• RQ3 宇宙論的ホライズンの温度は、その拡張率 $ \dot{r}_H $ とどのように関係するか？
• RQ4 宇宙論的ホライズンと顕在的ホライズンの放射結果を統合する枠組みは存在するか？
• RQ5 条件 $ \dot{r}_H = 0 $ は、過去の顕在的ホライズン研究で用いられた統合性条件に対応するか？

主な発見

• FRW宇宙におけるホーキング放射は、一部の研究で仮定されていたように顕在的ホライズンではなく、宇宙論的ホライズンに起因する。
• 顕在的ホライズンに基づく結果は、宇宙論的ホライズンの拡張率 $ \dot{r}_H $ がゼロである特別な場合に回復される。
• 条件 $ \dot{r}_H = 0 $ は、過去の顕在的ホライズン研究で用いられた統合性条件と一致し、異なる枠組み間での整合性が保たれている。
• 導出された宇宙論的ホライズンのホーキング温度は $ \dot{r}_H $ に明示的に依存しており、ホライズンの進化に動的依存性があることが示された。
• 宇宙論的ホライズンは $ \dot{r}_H \neq 0 $ のときにも非ゼロのホーキング温度を支持しており、その熱力学的意義が確認された。
• 本研究の結果は、顕在的ホライズンの放射に関する既存の結果を、より広範な宇宙論的ホライズンフレームワークに統合し、理論的整合性を高めている。