[論文レビュー] Joule-Thomson Expansion of Hayward-AdS black hole

Sen Guo, Jin Pu+1 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2019

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 38被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、拡張された相空間におけるヘイワード-AdSブラックホールにおけるジュール＝トムソン膨張を調査し、宇宙定数を熱力学的圧力とみなしてブラックホール質量をエンタルピーとみなしている。T-P平面における逆転曲線および等エンタルピー曲線を導出し、冷却（上側）と加熱（下側）領域を分ける非閉じた単一の逆転曲線が存在することを明らかにした。定量的分析により、逆転温度は磁気的電荷qの増加に伴い上昇し、最小逆転温度は圧力がゼロのときに発生する。

ABSTRACT

In this paper, we study Joule-Thomson expansion for Hayward-AdS black hole in the extended phase space, and obtain a Joule-Thomson expansion formula for the black hole. We plot the inversion and isenthalpic curves in the T-P plane, and determine the cooling-heating regions. The intersection points of the isenthalpic and inversion curves are exactly the inversion points discriminating the heating process from the cooling one.

研究の動機と目的

• 拡張された相空間におけるヘイワード-AdSブラックホールにおけるジュール＝トムソン過程の分析を通じて、ブラックホール熱力学を拡張すること。
• ブラックホールが等エンタルピー膨張中に冷却または加熱する条件を特定すること。
• 磁気的電荷qおよび質量Mの異なる値に対して、温度-圧力（T-P）平面における逆転曲線および等エンタルピー曲線を導出し、プロットすること。
• 冷却と加熱領域の境界をなす逆転曲線が果たす重要な役割を特定すること。

提案手法

• 研究では、拡張された相空間形式を用い、宇宙定数を圧力P = -Λ/(8π) とみなし、ブラックホール質量をエンタルピーとみなしている。
• ヘイワード-AdS計量および熱力学的関係式を用いて、ホライズン半径r₀および質量Mの関数として温度Tと圧力Pを導出している。
• ジュール＝トムソン係数μはμ = (∂T/∂r₀)ₘ / (∂P/∂r₀)ₘにより計算され、逆転点はμ = 0とすることで特定される。
• 磁気的電荷qおよび質量Mの異なる値に対して、逆転曲線および等エンタルピー曲線を数値的にT-P平面にプロットしている。
• 等エンタルピー曲線の傾きの符号を逆転曲線に対して分析することで、冷却領域および加熱領域を特定している。
• 圧力Pᵢ = 0における最小逆転温度の解析的表現を導出し、Tᵢ^min = 1 / [√[6/5](2)(2+√2)∛(8+6√2)πq] が得られた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヘイワード-AdSブラックホールが拡張された相空間において、ジュール＝トムソン係数はどのように振る舞うか？
• RQ2 このブラックホールのT-P平面における逆転曲線および等エンタルピー曲線の形状と性質は何か？
• RQ3 磁気的電荷qは、逆転温度および冷却-加熱遷移にどのように影響を与えるか？
• RQ4 最小逆転温度は何か？ どのような条件下で発生するか？
• RQ5 T-P平面における冷却領域と加熱領域は、ファンデルワールス流体のそれとどのように比較できるか？

主な発見

• ヘイワード-AdSブラックホールの逆転曲線は非閉じであり、一価的である。これはファンデルワールス流体で見られる閉じたループとは異なる。
• 逆転曲線の上側領域は冷却に対応し、等エンタルピー曲線の傾きが正である。一方、下側領域は加熱に対応し、傾きが負である。
• 固定された圧力のもとで、磁気的電荷qの増加に伴い逆転温度が上昇する。
• 最小逆転温度は圧力がゼロのときに発生し、Tᵢ^min = 1 / [√[6/5](2)(2+√2)∛(8+6√2)πq] で与えられる。
• 等エンタルピー曲線と逆転曲線の交点が、加熱と冷却プロセスの正確な遷移点を定義する。
• プロットされたすべてのケースにおいて、等エンタルピー曲線は逆転曲線を一度しか交差しないことから、各曲線が冷却から加熱への遷移を一度だけ経験することが確認された。