[論文レビュー] Massless black holes and charged wormholes in string theory

Prieslei Goulart|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2016

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、エインシュタイン＝マックスウェル＝ジラトン（EMD）枠組みを用いて、ストリング理論において質量ゼロの点状ブラックホールおよび静的で通過可能な電荷を帯びたワームホールを構築する。ダイオン的ブラックホール解における統合定数の微調整により、実際の物理的観測量を持つ質量ゼロの非極端ブラックホールと、特異物質を要さずにエネルギー条件を満たす電荷を帯びたワームホールが得られ、ペアで存在する質量ゼロのブラックホールとは異なる新しいクラスの解を提供する。

ABSTRACT

We discuss the zero mass pointlike solutions and charged Einstein-Rosen bridges (wormholes) that arise from the dyonic black hole solution of the Einstein-Maxwell-dilaton theory. These massless black holes exist individually in spacetime, different from the known massless solutions, which come in pairs with opposite signs for their masses. In order to construct a massless object, we choose the integration constants of the solution to have specific values. The massless solutions present some problems: in one case the dilaton field is complex (or the gauge field has negative kinetic energy), and in the other case the solution has negative entropy and temperature or it is naked singularity in the extremal limit. For the first case, the observables computed are real quantities. This massless solution also allow the bridge construction, and we obtain an analytical and static charged wormhole solution, which satisfies the null energy condition.

研究の動機と目的

• ストリング理論において、互いに反対の質量を持つペアとは異なる、個別の質量ゼロブラックホールの存在を調査すること。
• 統合定数を特定することで、質量ゼロ解における負のエネルギーまたは複素数の場の問題を解決すること。
• 質量ゼロブラックホール解から、エネルギー条件を満たす静的かつ通過可能な電荷を帯びたワームホールを構築すること。
• ダイルトン場が複素数であったり、ゲージ系で運動エネルギーが負であったりする場合でも、その解が物理的に許容可能かどうかを分析すること。
• EMD理論における質量ゼロブラックホールおよびワームホールの通過可能性と安定性に及ぼす影響を調査すること。

提案手法

• 特定の統合定数を用いて、エインシュタイン＝マックスウェル＝ジラトン（EMD）理論におけるダイオン的ブラックホール解を導出し、ADM質量をゼロとする。
• 座標変換を適用してブリッジ構造を明らかにし、解を電荷を帯びたアインシュタイン＝ローゼンワームホールとして同定する。
• 静的観測者フレームにおけるエネルギー運動量テンソル成分（ρ, τ, p）を計算し、エネルギー条件（NEC）を評価する。
• NEC条件 ρ(r) - τ(r) ≥ 0 を評価し、特に Σ = 0 の臨界点で満たされることを示す。
• 物理的観測量（質量、電荷、スピン、エントロピー、温度、ジラトン電荷）を分析し、複素ジラトン場や負のゲージ場運動エネルギーがある場合でも実数であることを確認する。
• ガウスノーマル座標系における計量および場の方程式を用いて、ワームホール解の静的かつ球対称な性質を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EMD理論において、質量ゼロブラックホールは、互いに反対の質量を持つペアとは異なり、個別に存在しうるか？
• RQ2 複素ジラトン場や負のゲージ場運動エネルギーがあるにもかかわらず、実数の物理的観測量を持つ質量ゼロ非極端ブラックホール解は存在するか？
• RQ3 このような質量ゼロブラックホールから、特異物質を要さずにエネルギー条件を満たす静的かつ電荷を帯びたワームホールを構築できるか？
• RQ4 ジラトン場と統合定数が、ゼロADM質量および物理的整合性を達成するために果たす役割は何か？
• RQ5 得られたワームホールは通過可能であり、極端な極限において特異点や裸の特異点を回避するか？

主な発見

• 論文は、統合定数に特定の値を設定することで、ペア解とは異なる、ADM質量がゼロの質量ゼロ非極端ブラックホール解を構築した。
• 質量、電気的および磁気的電荷、エントロピー、温度、ジラトン電荷といった物理的観測量は、すべて実数であり、ジラトン場が無限遠で複素数であったり、ゲージ場が負の運動エネルギーを示したりする場合でも同様である。
• 質量ゼロブラックホール解から、エネルギー条件（NEC）を満たす静的かつ電荷を帯びたワームホール解が導出され、特異物質を要さない。
• NECは、ρ(r) - τ(r) = (d₀ - d₁)²(r² - r₀²) / [2(d₀ + r)³(d₁ + r)³] という式を用いて検証され、構築された解では非負であることが示された。
• 臨界点 Σ = 0 において、NECの境界が達成され、エネルギー条件が限界的に満たされている特別な構成であることが示された。
• 極端な極限においても裸の特異点を回避し、従来のEMD理論では知られていなかった、質量ゼロの点状物体の新しいクラスを提示した。