[論文レビュー] Novel black-bounce geometries

Francisco S. N. Lobo, Manuel E. Rodrigues+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2020

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、特異性を回避する非ゼロの最小面積半径を持つ、新規の正則ブラックバウンス幾何学を導入する。これらの時空は、通過可能なウォームホール（類時的）、未来の宇宙へのバウンス（空間的）、片方向ウォームホール（光的）に対応する喉部を形成する。ファン＝ワンにインspiredされた質量関数を用いて、シンプソン＝ヴィッサー型やバーデン型の一般化を含む新たなモデルを構築し、正則性およびエネルギー条件の破れに関する一般定理を確立。これにより、複雑な因果的構造を示す多ホライズンおよび極限解が得られる。

ABSTRACT

We develop a number of novel black-bounce spacetimes. These are specific regular black holes where the area radius always remains non-zero, thereby leading to a throat that is either timelike (corresponding to a traversable wormhole), spacelike (corresponding to a bounce into a future universe), or null (corresponding to a one-way wormhole). We shall first perform a general analysis of the regularity conditions for such a spacetime, and then consider a number of specific examples. The examples are constructed using a mass function similar to that of Fan--Wang, and fall into several particular cases, such as the original Simpson--Visser model, a Bardeen-type model, and other generalizations thereof. We shall analyse the regularity, the energy conditions, and the causal structure of these models. The main results are several new geometries, more complex than before, with two or more horizons, with the possibility of an extremal case. We shall derive a general theorem regarding static space-time regularity, and another general theorem regarding (non)-satisfaction of the classical energy conditions.

研究の動機と目的

• 面積半径がゼロに達しない正則ブラックバウンス時空を新たに開発すること。
• 喉部の因果的性質（類時的、空間的、光的）を分類し、それぞれが通過可能なウォームホール、未来の宇宙へのバウンス、片方向ウォームホールに対応すること。
• ファン＝ワン型の質量関数を用いて、既存のモデル（シンプソン＝ヴィッサー型、バーデン型）を一般化すること。
• これらの新規幾何学の正則性、エネルギー条件、因果的構造を分析すること。
• 静的幾何学における時空の正則性および古典的エネルギー条件の破れに関する一般定理を導出すること。

提案手法

• ファンとワンのものに類似した質量関数を用いて、喉部での正則性を保証する時空を構築すること。
• 径方向座標の関数としての面積半径を定義し、最小値がゼロでないことを保証することで、曲率特異性を回避すること。
• 静的時空における正則性条件の一般的解析を適用し、喉部全域で滑らかさを保証すること。
• 計量関数およびその微分の振る舞いに基づいて、静的時空の正則性に関する一般定理を導出すること。
• 計量から得られるストレステンソル成分を用いて、エネルギー条件（例えば、光的、弱い、支配的）を分析すること。
• 喉部の性質（類時的、空間的、光的）およびホライズンの有無を検討することで、因果的構造を調査すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非ゼロの最小面積半径を持つ静的ブラックバウンス時空の正則性を保証する条件は何か？
• RQ2 これらの新規ブラックバウンス幾何学におけるエネルギー条件の振る舞いは、標準的ブラックホールモデルと比較してどのように異なるか？
• RQ3 ファン＝ワン型の質量関数を用いて、多ホライズンまたは極限状態の配置をブラックバウンス時空に実現できるか？
• RQ4 これらの幾何学における喉部の因果的性質は何か？ そして、それが時空を通過可能なウォームホール、片方向ウォームホール、またはバウンス型に分類する根拠は何か？
• RQ5 このような正則時空において、古典的エネルギー条件の満たされ方または破れ方が、一般にどのような定理として導けるか？

主な発見

• 本稿は、2つ以上のホライズン（極限状態を含む）を有する新規ブラックバウンス幾何学を構築し、従来のモデルを拡張した。
• 静的時空の正則性に関する一般定理が導出され、喉部での滑らかさを保証する十分条件が提示された。
• モデルは古典的エネルギー条件の破れを示しており、特異な物質または量子効果の存在と整合的である。
• 喉部の因果的構造は、類時的、空間的、光的のいずれかに分類され、それぞれが通過可能なウォームホール、未来の宇宙へのバウンス、片方向ウォームホールに対応する。
• 具体的な例として、シンプソン＝ヴィッサー型およびバーデン型の一般化が含まれ、質量関数が正則性および特異性のない振る舞いを保証している。
• 解析により、ファン＝ワンにインspiredされた質量関数が、制御された正則性および喉部特性を有する複雑な多ホライズンブラックバウンス解の構築を可能にすることが確認された。