[論文レビュー] On accretion of dark energy onto black- and worm-holes

J. A. Jiménez Madrid, Prado Martín–Moruno|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 33被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、将来の特異性を示す宇宙論的モデルにおける、暗黒エネルギー（特にファントムエネルギー）がブラックホールおよびウォームホールに降着する過程を調査する。バビチェフらの手法を用いて、暗黒エネルギーの降着がブラックホールの蒸発やウォームホールの拡大を引き起こす可能性があることを示し、ビッグリップやビッグフリーズといった破壊的特異性を回避する可能性を示唆する。これは、ブラックホール二重星系の進化を通じて暗黒エネルギーの状態方程式を制約できる動的なメカニズムを提供する。

ABSTRACT

We review some of the possible models that are able to describe the current Universe which point out the future singularities that could appear. We show that the study of the dark energy accretion onto black- and worm-holes phenomena in these models could lead to unexpected consequences, allowing even the avoidance of the considered singularities. We also review the debate about the approach used to study the accretion phenomenon which has appeared in literature to demonstrate the advantages and drawbacks of the different points of view. We finally suggest new lines of research to resolve the shortcomings of the different accretion methods. We then discuss future directions for new possible observations that could help choose the most accurate model.

研究の動機と目的

• 将来の特異性を伴うモデルにおけるブラックホールおよび通過可能なウォームホールへの暗黒エネルギーの降着を分析すること。
• 暗黒エネルギーの降着が、ビッグリップやビッグフリーズといった破壊的宇宙的特異性を回避できるかどうかを評価すること。
• 暗黒エネルギーの状態方程式のプローブとして、暗黒エネルギーの降着によるブラックホール質量変化の有効性を評価すること。
• 既存の降着モデルにおける方法論的欠陥を特定し、今後の研究のための改善策を提示すること。
• 特大ブラックホール二重星系の軌道変化を通じて、暗黒エネルギーの効果を検出する観測的可能性を探索すること。

提案手法

• テスト流体近似を仮定して、コンパクトな物体への暗黒エネルギーの降着をモデル化するバビチェフらの手法を採用する。
• 状態方程式 $ w < -1 $（ファントムエネルギー）および $ w > -1 $ の宇宙論的モデルにこの手法を適用し、ブラックホールおよびウォームホールの進化に与える影響を分析する。
• 状態方程式 $ p = w\rho $ を用いた完全流体のエネルギー運動量テンソルを用いて暗黒エネルギーをモデル化し、$ w $ を主要パラメータとする。
• ブラックホールおよびウォームホールの質量進化を分析し、$ w $ に応じてサイズが増加または減少する条件を導出する。
• 非静的時空におけるテスト流体近似の反作用効果および限界を検討する。
• 暗黒エネルギーの降着によって引き起こされるブラックホール二重星系の軌道半径の変化に基づく、将来の観測的テストを提案し、$ 1 + w $ に敏感である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ファントム状態の暗黒エネルギーがブラックホールに降着することで、将来の特異性に先んじて完全に蒸発する可能性はあるか？
• RQ2 ウォームホールへの暗黒エネルギーの降着が、ビッグリップやビッグフリーズ特異性を回避する『ビッグトライブ』現象を引き起こす可能性はあるか？
• RQ3 暗黒エネルギーの状態方程式パラメータ $ w $ が、ブラックホールおよびウォームホールの質量進化にどのように影響するか？
• RQ4 ブラックホールおよびウォームホール付近の強力場または動的領域では、テスト流体近似がどの程度崩れるか？
• RQ5 将来のブラックホール二重星系の観測により、暗黒エネルギーの降着による質量変化を検出可能か？ これにより $ w $ に対する制約が得られるか？

主な発見

• ファントム状態の暗黒エネルギーの降着は、ブラックホール質量の減少および最終的な蒸発を引き起こす可能性があり、ビッグリップ特異性を回避する可能性を示唆する。
• 状態方程式 $ w < -1 $ のモデルでは、ウォームホールへの降着が口の急速な拡大を引き起こし、ビッグリップやビッグフリーズを回避する『ビッグトライブ』現象を生じる可能性がある。
• 状態方程式 $ w > -1 $ の場合、ブラックホールが有限時間内に宇宙を飲み込むには、観測可能な宇宙の質量を超える質量が必要となるため、そのような成長は不可能である。
• 降着プロセスは、ブラックホール二重星系の軌道半径に測定可能な変化を引き起こし、$ 1 + w $ の符号が、二重星系が速やかに合体するか、破壊されるかを決定づける。
• バビチェフらの手法に基づく降着法は、ブラックホール質量の進化を通じた暗黒エネルギーのテストのためのフレームワークを提供するが、反作用効果が依然として限界である。
• OJ287 や 0402+379 といった二重星系の将来的な観測により、標準的進化からのずれを検出可能であり、これにより $ w \neq -1 $ の間接的証拠が得られる可能性がある。