[論文レビュー] Horizon instability of extremal black holes to charged perturbations

Peter Zimmerman|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 2016

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、電荷を帯びたスカラー摂動の下で極端なライスナー＝ノールストロムブラックホールの安定性を調査し、ホワイトホール領域に一時的な不安定性が現れ、極限状態においてアレタキス不安定性へと進化することを示している。不安定性の成長率は、極端なカー・ブラックホールにおける非軸対称摂動で観測されたものと一致しており、両現象の背後にある共通のホワイトホール領域における対称性を示している。

ABSTRACT

We investigate the stability of highly charged Reissner-Nordstr\om black holes to charged scalar perturbations. We show that the near-horizon region exhibits a transient instability which becomes the Aretakis instability in the extremal limit. The rates we obtain match the enhanced rates for nonaxisymmetric perturbations of the near-extremal and extremal Kerr solutions. The agreement is shown to arise from a shared near-horizon symmetry of the two scenarios.

研究の動機と目的

• 電荷を帯びたスカラー摂動の下で、高電荷のライスナー＝ノールストロムブラックホールの安定性を分析すること。
• 極端なブラックホールのホワイトホール領域における不安定性の存在と性質を特定すること。
• 極端なライスナー＝ノールストロムブラックホールと極端なカー・ブラックホールにおける不安定性の成長率の関係を確立すること。
• ホワイトホール領域における対称性が、異なるブラックホールタイプにおける不安定性行動の統一に果たす役割を調査すること。

提案手法

• 高電荷のライスナー＝ノールストロムブラックホールの背景における電荷を帯びたスカラー場の摂動の分析。
• ホワイトホール領域の幾何学的構造の研究により、一時的不安定性の成長率を同定すること。
• 近似極端および極端なカー・ブラックホールにおける非軸対称摂動の不安定性成長率と比較すること。
• ライスナー＝ノールストロムおよびカー両者の状況において、一致する不安定性成長率を生じる共通のホワイトホール領域における対称性構造を同定すること。
• 有効場理論および対称性に基づく議論を用いて、異なるブラックホール解における不安定性メカニズムを結びつけること。
• 極限状態における摂動の漸近的挙動および成長率の導出。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 極端なライスナー＝ノールストロムブラックホールのホワイトホール領域は、電荷を帯びたスカラー摂動の下で不安定性を示すか？
• RQ2 極端なライスナー＝ノールストロムブラックホールにおける不安定性成長率は、極端なカー・ブラックホールにおけるものとどのように比較できるか？
• RQ3 ホワイトホール領域における対称性は、極端なブラックホール解における不安定性行動の統一に果たす役割は何か？
• RQ4 極端なライスナー＝ノールストロムブラックホールにおけるアレタキス不安定性は、より一般的な一時的不安定性の極限状態として理解できるか？
• RQ5 ライスナー＝ノールストロムブラックホールとカー・ブラックホールにおける不安定性成長率の定量的一致を説明する幾何学的または代数的構造は何か？

主な発見

• 電荷を帯びたスカラー摂動の下で、高電荷のライスナー＝ノールストロムブラックホールのホワイトホール領域に一時的不安定性が発生する。
• 極限状態において、この一時的不安定性はアレタキス不安定性へと進化し、極端な電荷を帯びたブラックホールにその存在が確認される。
• 極端なライスナー＝ノールストロムブラックホールにおける不安定性の成長率は、極端なカー・ブラックホールにおける非軸対称摂動のそれと一致する。
• 不安定性成長率の一致は、両者の極端なライスナー＝ノールストロムおよび極端なカー解に共通するホワイトホール領域における対称性構造に起因する。
• 結果は、極端なブラックホールにおける不安定性メカニズムに、より深い普遍性が存在し、その背後には対称性原理が支配している可能性を示唆する。
• これらの発見は、カーの場合に限らないホワイトホール領域の不安定性の理解を拡張し、電荷を帯びた極端なブラックホールに対しても関連性があることを示している。