[論文レビュー] Perfect fluid around black holes and naked singularities

Eugeny Babichev, С. В. Чернов+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 5, 2008

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、線形およびチャプリンの状態方程式に対する解析的解を用いて、完全流体の定常状態でのハイズラー＝ノールストロームブラックホールおよび裸の特異点への降着を調査する。ブラックホールへの降着は可能であるが、裸の特異点への定常状態での降着は不可能であり、代わりに静的流体の大気層が形成されることを示している。これは、ファントム流体の状況におけるブラックホール熱力学の第三法則に疑問を呈する。

ABSTRACT

We describe spherically symmetric steady-state accretion of perfect fluid in the Reissner-Nordstrom metric. We present analytic solutions for accretion of a fluid with the linear equations of state and of the Chaplygin gas. It is also shown that, under reasonable physical conditions, there is no steady-state accretion of a perfect fluid onto a Reissner-Nordstrom naked singularity. Instead, a static atmosphere of fluid is formed. We discuss a possibility of violation of the third law of black hole thermodynamics for a phantom fluid accretion.

研究の動機と目的

• リーマン＝ノールストローム時空における完全流体の定常状態降着を調査すること。
• 物理的条件下で、リーマン＝ノールストロームの裸の特異点への降着が可能かどうかを特定すること。
• 特にファントム流体の降着における熱力学的含意、特に第三法則を探索すること。
• 線形およびチャプリンの状態方程式を用いた流体の解析的解を導出すること。

提案手法

• 球対称な定常状態降着における相対論的オイラー方程式および連続の方程式を解く。
• 電荷を有するコンactな物体の周囲の時空幾何をモデル化するために、リーマン＝ノールストローム計量を適用する。
• 流体の圧力-密度関係を記述するために、線形およびチャプリンの状態方程式を用いる。
• イベントホライズンおよびコーシー・ホライズン付近での流体の振る舞いを分析する。
• 臨界点およびトランスオン的解の存在を評価し、降着の可能性を決定する。
• 特にファントム流体条件下での熱力学的整合性、特に第三法則を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 リーマン＝ノールストロームの裸の特異点への完全流体の定常状態降着は可能か？
• RQ2 この時空における線形およびチャプリンの状態方程式を用いた流体降着の解析的解は何か？
• RQ3 裸の特異点の周囲に静的流体の大気層が形成されることで、物理的または熱力学的原則が破られるのか？
• RQ4 ファントム流体の降着は、ブラックホール熱力学の第三法則にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 物理的条件下で、リーマン＝ノールストロームの裸の特異点への完全流体の定常状態降着は不可能である。
• 降着の代わりに、裸の特異点の周囲に静的流体の大気層が形成される。
• 線形およびチャプリンの状態方程式の両方について、流体降着の解析的解が導出された。
• 裸の特異点への降着が認められないことは、ブラックホールの場合と比較して流体力学的性質に根本的な違いがあることを示唆する。
• ファントム流体の降着は、ブラックホール熱力学の第三法則の破れを引き起こす可能性があり、熱力学的不安定性を示唆する。