[論文レビュー] Primordial naked singularities

Pankaj S. Joshi, Sudip Bhattacharyya|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2024

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 5

ひとこと要約

この論文は宇宙初期の原始的な重力崩壊が原初ブラックホールに加えて裸奇点（PNS）を生みうると主張し、イベント様相と物体様の裸奇点とそれらの潜在的な観測・ダークマターへの影響を探る。

ABSTRACT

Primordial black hole formation has been discussed widely, when density perturbations in the early universe cause matter to collapse gravitationally, giving rise to these ultra-compact objects. We propose and point out that such a gravitational collapse would also give rise to primordial naked singularities, that would play an important role in the observable features of present universe. We consider two types of collapse scenarios that give rise to event-like and object-like visible singularities within a cosmological background. We briefly discuss implications of primordial naked singularities, including those for dark matter, vis-a-vis primordial black holes.

研究の動機と目的

• 原始裸奇点（PNSs）を原始ブラックホール（PBHs）とともに初期宇宙の密度揺れから形成する動機づけ。
• 崩壊シナリオが物理的に妥当な条件下でイベント様と物体様の裸奇点の両方を生み得ることを示す。
• 観測的結果の潜在的影響とPNSsがPBHsと比較してダークマターの考慮にどのように影響するかを論じる。

提案手法

• 一般相対論における崩壊モデル（塵、完全流体、スカラー場）の検討と、裸奇点を生み出す条件に焦点を当てた分析。
• Lemaître-Tolman-Bondi (LTB) 塵崩壊解を提示し、奇点と見かけの境界（apparent horizon）の挙動を導出して裸奇点とブラックホールを区別する。
• JMN型（物体様）裸奇点モデルとそれらの静的平衡終状態を説明。
• ポテンシャルを持つスカラー場崩壊が初期宇宙のPNS形成に寄与しうるかを論じる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期宇宙の重力崩壊において裸奇点はブラックホールと比べてどのような初期条件・崩壊ダイナミクスで生じるのか？
• RQ2 宇宙論的文脈でイベント様と物体様裸奇点の特徴と寿命はどうなるのか？
• RQ3 観測的な同定やダークマターへの影響の点でPNSはPBHsとどう異なるのか？

主な発見

• 不均一な崩壊モデルでも裸奇点は自然に生じうる、均質なケースだけでなく。
• イベント様裸奇点は崩壊中に形成され、地平線が形成される前に短時間露出可能で、高エネルギー粒子生成とダークマター寄与を可能にする。
• 物体様（永続的）裸奇点は特定の崩壊配置、中心奇点を含む静的平衡解の終状態として現れる。
• 静的解では中心裸奇点が捕捉されず、漸近的に可視である終状態を示す静的解を構築でき、ブラックホールとは異なる終状態を示す。
• ゼロでないポテンシャルを持つスカラー場崩壊も裸奇点を生む可能性があり、初期宇宙崩壊シナリオにおけるスカラー場の役割を強調する。
• PNSsはPBHsと共存し得、観測制約が異なる可能性がある。例として重力レンズ効果、合併、降着の信号、およびダークマターへの寄与の違いなど。